Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Наряду с возникновением и ростом газовых пузырьков в расплаве идет их удаление (всплывание) из ванны. Степень пористости определяется в конечном счете разностью скоростей этих процессов. К сожалению, процесс удаления газовых (и неметаллических) включений почти не исследован. Попытки применить уравнение Стокса нельзя признать оправданными, так как это уравнение, описывающее всплывание сферических частиц под действием архимедовой силы (разности плотностей), не учитывает неизотермических условий в ванне, конвеко тивных потоков в ней, отклонение формы пузырьков от сфе~о рической формы и их рост во время всплывания в резуль- 1 о тате диффузии растворенных газов.
Практически регулирование процесса удаления газовых пузырьков возможно следующими способами. 1. Интенсификацией процесса газовыделения. Чем интенсивнее происходит выделение газа, тем большее его количество успевает удалиться из металла до затвердевания последнего, если, конечно, интенсивность уменьшается со временем и газовыделение прекращается до начала затвердевания металла, На этом, например, основано введение в покрытие рутиловых электродов минералов, содержащих кристаллизаПУзырь ционную воду (слюда, тальк и т. п.), с тем, чтобы повысить ков пр"гор"зон абсорбцию водорода и усилить его выделение в высокотемпетальной сварке ратурной зоне сварочной ванны вдали от фронта кристал- лизации, где удаление газовых пузырьков затруднено 131. 2. Увеличением времени существования металла в ванне за счет увеличения размеров (длины) ванны и замедления скорости сварки.
3. Уменьшением внешних препятствий для удаления пузырьков (твердых поверхностей на пути их всплывания). Схематически это показано на рис. 18. Увеличение угла скоса верхней кромки при сварке сплава АМгб привело к уменьшению пористости за счет более свободного удаления газовых пузырьков: пористости. Однако если газовыделение вызывается поверхностными загрязне- ниями на свариваемых кромках, то решающее значение получают условия уда- ления газовых пузырьков из ванны и в этом случае увеличение скорости сварки будет, наоборот, способствовать увеличению пористости. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛА СО ШЛАКОМ 0,2 0,16 При расплавлении сварочного флюса, электродного покрытия, сердечника порошковой проволоки образуется шлак.
Основное назначение сварочного шлака— изоляция расплавленного металла от воздуха. Однако флюсы, покрытия и т. п, выполняют н другие не менее важные функции — стабилизируют дугу, способствуют формированию шва, осуществляют металлургическую обработку расплавленного металла — его раскисление и легирование. Кроме того, шлаки часто содержат окислы и другие компоненты, способные взаимодействовать с металлом.
Поэтому понимание металлургических реакций, протекающих между металлом и шлаком, имеет большое значение для правильной организации сварочного процесса Окислительное действие компонентов сварочных материалов. Сварочнью материалы (флюсы, покрытия и т. п.) содержат по ряду причин окислы, карбо- наты и другие компоненты, способные окислять металл.
1О. Потери легирующих влемеитов Окислительное действие некоторых наиболее часто встречающихся компо- Потери нентов сварочных материалов характе- (1 — ч> % ризуется данными табл. 10, в которой Материал йриведены потери (1 — т)) углерода, С Мп $1 Сг марганца, кремния и хрома из проволоки Св-18ХГСА (0,21% С; 1,08% Мп; гематит ..„..... 78 зз зо зь 1,0% Ы; !,05% Сг) при сварке элек- мрамор ........ 87 88 зз 78 тродамн с и~крыт~~ми, соста~~енн~~~ р Кварцевый песок... 81 88 аз 88 ИЗ ОДНОГО КОМПОНЕНта И С СИЛИКатОМ Плавиковыя шпаг ..
ЗЗ 81 натрия в качестве связующего; относительная масса покрытия 7гп = 0,3. Опыт иллюстрирует сильное окислительное действие окислов железа (гематита), различное поведение марганца и кремния, особенно наглядно проявляющееся при изменении относительной массы покрытия Фп (рис. 19). Заметные потери марганца при нейтральном покрытии из плавикового шпата по всей вероятности объясняются наличием повышенного количества силиката натрия (вводимого во избежание растрескивания покрытия при сушке).
Увеличение потерь (уменьшение коэффициента перехода т)) с увеличением относительной массы шлака у, косвенно характеризуемой относительной массой покрытий яп, объясняется рядом причин, Во-первых, от у зависят равновесные концентрации реагентов. Роль этого фактора покажем на примере реакции окисления — восстановления марганца. Распределение марганца между шлаком и металлом (%МПО) Трао Примем, что в шлаке содержится 10% РеО и 15,5% МпО, а исходные содержания марганца в металле с„' = 1,6% и в шлаке с," = 0,775 15,5 = 12%. Отнесем равновесие к температуре, равной 1950 К (К„' „= 1,8).
Тогда Е = 1,8.10 6,15 ~ 110„а равновесное содержание марганца согласно уравнению (1) в зависимости от )( или йп (понимая под ип относительную массу расплавленного шлака), будет Кп(х) . ° .. . 0,5 О,1 0,5 1,0 [% Мп| .,0,84 0,23 о,! 36 0,12 90 Металлургия сварки Взаимодействие металла со шлаком $1. Влияние относительной массы шлака на его состав 2'а1 1О', / 72 Об О,т' 0,2 0 0~2 22,9 1ГО а) г) Рис.
20. Зависимость содержания кислорода от относи- 0,8 0,2 О,б О,Ф 0,2 Уменьшение равновесной концентрации с ростом ап, увеличивая разность ° — ср, должно привести к увеличению скорости реакции согласно уравнению (2) и соответственно к увеличению потерь марганца. Во-вторых, с возрастанием ап увеличивается поверхность контакта металл— шлак как на стадии электрода (за счет удлинения втулки из нерасплавившегося 0 07 0!2 дб Ог/ Цб Об 0 аг л2 0 т да Об С)б О) е) Рис.
19. Зависимость коэффициентов перехода Ч марганца и кремния от относительной массы покрытия: и — плавиковый шпаг, 'б — 20% плавикового шпата и 80% мрамора; а — мрамор; а — рутнл; д — кварцевый песок; е — гематнт покрытия), так отчасти и в ванне (за счет удлинения дуги, увеличения ее мощности и размеров ванны).
В-третьих, с увеличением кп уменьшается степень изменения состава шлака в процессе сварки вследствие перехода в него окислов, образующихся при сварке. В случае сильно окисленного шлака с увеличением кп увеличивается его окислительная способность (больше содержится РеаОа) (табл. 11). Большое значение имеет также смачивание шлаком расплавленного металла. Однако этот вопрос изучен весьма мало. Окисление примесей металла сопровождается увеличением содержания кислорода, как это показано в качестве примера на рис. 20. Большое практическое значение имеет система мрамор — плавиковый шпат (СаСОа — СаРа), широко применяемая в сварочных материалах (электродных покрытиях, керамических флюсах и т.
п.). Окисление металла мрамором зависит от количества СОа, образующейся при диссоциации мрамора„ условий контакта СОа с расплавленным металлом и химических свойств шлака. С увеличением СаСО, увеличивается рсс, тельной массы покрытия. к кремнию оба эти фактора действуют одинаково, ваго шпата и 80% м амо а и основность шлака (Са01810в). По отношению Покрыти Пок ытие из 20% плавико- % р способствуя окислению кремния (уменьшению коэффициента перехода т)), а по отношению к марганцу — в противоположные стороны: рост р увеличивает окисление, рост основностн — уменьшает его, СО, что приводит к образованию максимума на кривых для марганца (рис.
21). Окислительное действие компонентов покрытий и флюсов вызвало применение безокислительных покрытий, не содержащих окислов железа и карбонатов, и без- кислородных флюсов на основе плавикового шпата Эти материалы применяются О 2О ФО ОО % СОЩ О 2О ФО ОО % Отсел Рис.
21. Зависимость коэффициентов перехода марганца и кремния от содержания мрамора в бинарном покрытии мрамор — плавиковый шпат (ип = 0,3). Стержень электродов нз проволоки Св-18ГСА (1) и Св-12Х18Н10Т (2) главным образом для сварки специальной стали и металлов, обладающих большим сродством к кислороду. Влияние основностн шлака. Рассмотрим подробнее вопрос о роли основности шлака (отношення Са01810а).
Переход марганца и кремния при постоянной концентрации окислн. теля (мрамора) в покрытии электродов но при изменяющейся основностн, показан на рис. 22, 92 Металлургия сварки Взаимодействие металла со шлаком Лля реакции [Мп]+ (РеО) (МпО) + [Ре] аМп сане Км = Реоамп металлом и шлаком аРео Умно аМпО [%Ми]р =,, '~ Мп аРео аэ1О, [%81]р = — -~ — « КЗ~ аРеО несколько раз меньше, чем для Ое О,О п,4 О,т' пг 2 п тп гп зпм п,% Рис. 22. Зависимость коэффициентов перехода марганца и кремния от основности шлака (йп = 014) Рис.
23. Зависимость коэффициентов перехода марганца и кремния от содержания МпО в шлаке (7гп = 0,42, стержень — Св-18Х ГСА) 12. Ударная вязкость металла швв ОД О О тп гП зо ОП 1'Пгсг),/ Рис. 24. Зависимость содержания кремния в наплавленном металле от содержания РеО в покрытии э.лектрода: 1 — 11% РеО; 2 — 20% Рео [81]+ 2 (РеО) = (81Оа) + 2 [Ре] получим аРео (% 810в) 1 81 =д$1 — н [%51]= "т'$1О, ЕЗ1 При сравнительно небольшой концентрации марганца в железе а, = 1 и ам„— — [%Мп]. Тогда Ре мпо (%МпО) ум о ~мп аР О [% Мп] [% Мп] аРсо и коэффициент распределения марганца между (%МпО) Мп рр~п] Мп Известно, что для кислых шлаков ум О в Мпо основных. Следовательно, при повышении основ- ности шлака коэффициент распределения должен уменьшаться и содержание марганца в металле согласно выражению (%МпО) е и при постоянном содержании МпО в шлаке должно увеличиваться, что мы и видим на рис.
24. Из выражения (27) следует также, что при постоянной основности шлака (Емп = сопз1) увеличение содержания МпО в шлаке должно привести к увеличению марганца в наплавленном металле (рис. 23). Аналогично для реакции Известно, что для бинарной системы СаΠ†8, коэффициент уэ1О уменьшается с уменьшением (810,). Таким образом, увеличение основностй шлака (уменьшение в нем 810в) должно привести к увеличению 7.з, и снижению содержания кремния в наплавленном металле, что мы и видим на рис. 24, Проведенные рассуждения хотя и носят упрощенный характер, но позволяют наиболее наглядно пояснить влияние основности шлака на протекание реакций окисления шлаком кремния и марганца. Реакция восстановления кремния и марганца из шлака.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
