Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Из выражений реакций окисления кремния и марганца следует, что условием протекания этих реакций влево, т. е. в сторону восстановления марганца и кремния, является низкая активность ГеО в шлаке. Если это условие выполняется, как, например, при сварке под флюсом или при наличии в зоне сварки энергичных раскислителей, возможно развитие марганце- и кремневосстановительного процессов. Равновесные концентрации марганца и кремния будут соответственно равны Влияние содержания в шлаке РеО на степень восстановления кремния показано на рис.
24. Аналогично действуют и другие окислители. Повышение окислительного потенциала покрытия или флюса является одним из путей подавления реакций восстановления кремния и марганца. Развитию реакций восстановления кремния и марганца при сварке способствует высокая температура в зоне сварки, так как эти реакции являются эндотермическими, т. е. идут с поглощением теплоты. Классическим примером интенсивного протекания при сварке реакций восстановления кремния и марганца является сварка низкоуглеродистой стали под флюсами с высоким содержанием силикатов и окислов марганца. Повышенное содержание кремния и особенно марганца (за счет их восстановления из шлака) позволяет применять проволоку Св-08А вместо кремнемарганцовистой проволоки, Неизотермические условия сварочного процесса приводят к тому, что в зоне понижающейся температуры (в хвостовой части ванны) реакции восстановления кремния и марганца меняют направление, в результате чего образуются окислы, удаление которых затруднено; это приводит к увеличению содержания кислорода в металле.
Окисные включения, имеющие обычно весьма малые размеры, заметно ухуд- '1О1!.т, шают свойства металла шва, особенно его ударную вязкость при низких температу- раХ, КаК Эта ВИДНО ИЗ табЛ. 12 На ПрИМЕрЕ Отт сварки стали 16ГНМА. Взаимодействие металла со шлаком 94 Металлургия сварки Восстановительные процессы особенно интенсивно протекают при наличии энергичных раскислителей — алюминия, титана и др. (рис. 25).
Поэтому при сварке легированной стали рекомендуется применение низкокремнистых флюсов. Влияние содержания 5!Оа во флюсе на пластичность металла шва при сварке 13. Шлаковые включения и пластичность металла шва о 1Б га Р1~9% Ряс.
25. Зависимость коэффициента перехода кремния от содержания 5102 во флюсе и алюминия в проволоке (при 17% Мп). Основа флюса: СаΠ— А1вОв — СаГв мл,% туг г,4 1,а а О,г О,а ца цз г,а 1.2 и„ а) а1 Рис. 26. Зависимость содержания марганца в каплях (О) и в наплавленном металле (®) от относительной массы покрытия Рис.
27, Схемы контакта капли металла с шихтой при плавле- нии покрытого электрода (а) и порошковой проволоки (б) стекло). Бессиликатное связующее (например, алюминат натрия) пока не получило применения (за исключением электродов для сварки алюминия) вследствие технологических трудностей. Подавление же восстановительных процессов путем создания в зоне сварки окислительных условий (как, например, на рис. 25) далеко не всегда приемлемо и этим способом следует пользоваться с большой осторожностью. стали 12Х18Н9Т иллюстрируют данные табл. 13 [2). При сварке под плавлеными флюсами и порошковой проволокой исключение 510в из шихты осуществляется сравнительно просто, как, например, в так называемых бескислородных флюсах. В случае же покрытых электродов и керамических флюсов предотвратить восстановление кремния весьма трудно, особенно при сварке легированной стали и сплавов, вследствие того, что в качестве связующего обычно применяется снлнкат натрия (жидкое о,о го зо зо оо ао,о Рис.
28. Зависимость содержания кремния в наплавленном металле от напряжения (длины) дуги при сварке электродами (1, 2) и порошковой проволокой (Я 4) Сила тока. ! — 150 А; 2 — 220 А; 3 — 240 А; 4 — 410 А [РеБ]+ [Мп) [Ре) + (Мп5). Сульфид марганца менее растворим в стали, чем сульфид железа, что вызывает перераспределение серы в сторону большего ее содержания в шлаке. Что Условия контакта металла со шлаком. В уравнения кинетики (см. с. 68) входит величина поверхности Р взаимодействия металла со шлаком, зависящая от условий контакта между ними. Наибольшая величина поверхности взаимодействия расплавленного металла со шлаком наблюдается при электрошлаковой сварке, когда электродный металл (проволока, лента) расположен в шлаковой ванне и вся поверхность металлической ванны контактирует со шлаком.
При сварке под флюсом поверхность Р взаимодействия уменьшается вследствие того, что дуга горит в газовом пузыре и шлак частично оттесняется с поверхности ванны скоростным напором потока газов дуги. Прн сварке покрытыми электродами поверхность Р контакта капель электродного металла со шлаком зависит от длины втулки из нерасплавленного покрытия на конце электрода, Чем длиннее втулка, тем благоприятнее условие для контакта капель со шлаком.
е1,% Однако при некоторой длине втулки (толщине покрытия) увеличение поверхности контакта пре- 2 кращается, как это показывает зависимость пере- 24 хода легирующих элементов из покрытия в капли от относительной массы покрытия (рис. 26). 1О Условия контакта металл — шлак при сварке покрытыми электродами и порошковой проволокой различные. Если в первом случае покрытие (шлак) 12 располагается снаружи металлического стержня и капли формируются как бы в оболочке из шлака, то в случае порошковой проволоки шихтовые материалы расположены внутри оболочки из металлической ленты и поверхность контакта металла со шлаком оказывается меньшей (рнс. 27).
Соответственно меньше и полнота протекания реакций между ними. Это наглядно иллюстрируется данными о переходе (восстановлении) кремния при наплавке электродами и порошковой проволокой с шихтой одинакового состава (30% плавикового шпата, 6% мрамора, 42% кварцевого песка, 15% ферромарганца, 7% алюминиевого порошка с одинаковым количеством силиката натрия) и с одинаковой относительной массой покрытия (шихты сердечника) яв = 0,7 (рис.
28). Подобно восстановлению кремния окислительные реакции при сварке электродами также протекают с большей полнотой по сравнению со сваркой порошковой проволокой. Говоря о контакте между металлом и шлаком, образующимся при расплавлении сварочных материалов, необходимо отметить важную роль смачивания металла шлаком. Чем лучше смачивание, тем больше, очевидно, может быть контакт между ними. Переход серы и фосфора из сварочных материалов в наплавленный металл.
Окислительно-восстановительные реакции, рассмотренные выше, играют наибольшую роль при сварке. Но сварочные материалы наряду с окислителями могут содержать и другие компоненты, переход которых в металл так же нежелателен, как н переход кислорода. Такими компонентами являются прежде всего сера и фосфор, попадающие во флюсы (реже в покрытия) с шихтовыми материалами. Переход серы в металл тем меньше, чем выше основность шлака (за счет образования СаБ, нерастворимого в стали) и чем выше концентрация марганца в металле за счет образования сульфида марганца Мп8 по реакции 96 Металлургия сварки Глава 4 касается предупреждения перехода в металл нз шлака фосфора, то, как известно из металлургической практики, лучшие результаты дают окислительные условия процесса.
Фосфор при этом переводится в пятиокись фосфора, которая в шлаке связывается в фосфаты. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Ерохин А. А. Основы сварки плавлением. Физико-химические закономерности. М., «Машиностроение», 1973. 448 с. 2. Любавский К. В. Металлургия сварки стали плавлением. Справочник по сварке. Под. ред. Е. В. Соколова, Т. 1. М., Машгиз, 1960, с. 51 — 140. 3. Походна И.
И. Газы в сварных швах, М., «Машиностроение», 1972. 256 с. КРИСТАЛЛ ИЗАЦИЯ СВАРОЧ НОИ' ВАН Н Ы, ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ И КРИТЕРИИ РАСЧЕТНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЖИМА СВАРКИ ФАЗОВЫЕ И СТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В МЕТАЛЛАХ ПРИ СВАРКЕ И УСЛОВИЯ ИХ ПРОТЕКАНИЯ При сварке плавлением сварные соединения имеют два ярко выраженных участка: закрнсталлизовавшийся металл шва и зону термического влияния в основном металле. При сварке давлением в твердой фазе обнаруживается только вторая зона.
При этом роль пластической деформации в формировании структуры и свойств сварных соединений настолько возрастает, что эту зону более правильно называть зоной термомеханического влияния [6, 7]. Главная особенность строения зоны термического влияния сплавов с полиморфным превращением (например, стали, сплавов циркония, титана и т. д.) заключается в том, что в ней всегда имеются участки полной и частичной пере- кристаллизации (1 и 2 на рнс.
1). В участке полной перекристаллизацни максимальные температуры нагрева основного металла Изменяются от температуры плавления 1пз до температуры 7к ф и которая для стали соответствует концу сс -«- у-превращения (критическая точка А с»), а для сплавов титана и циркония — концу сс — ~ р-превращения. В этом участке следует выделить зону с несколькими рядами крупных зерен (1»), которая нагревается выше температуры Тн, н р — начала интенсивного роста зерна аустенита в стали или р-фазы в сплавах титана и в которой возможно частичное оплавление границ зерен.
Эту зону принято называть околошовной. Кроме того, в микроскопически узких областях первого ряда зерен околошовной зоны и шва, прилегающих к «границе» сплавления основного металла со швом (1'), развивается химическая неоднородность (главным образом за время контакта твердого металла с жидким). Вместе эти области образуют зону химической неоднородности, роль которой оказывается особенно важной в случае разницы в композициях основного и присадочного металлов или в содержании вредных примесей. Как правило, наиболее резкие изменения структуры и свойств основного металла происходят в околошовной зоне и в большинстве случаев оказываются решающими при оценке свариваемости данного сплава или стали (сннжение пластичности и ударной вязкости вследствие роста зерна, перегрева и полной или частичной закалки; образование горячих и холодных трещин). Основными параметрами термического цикла околошовной зоны являются максимальная температура нагрева Тшах, близкая к Тпз, скорость нагрева о в температурном интервале фазового превращения, длительности 1'+ 1«пребывания металла при температуре выше температуры конца фазового превращения и скорость охлаждения в температурном интервале соответствующего фазового прев ащения при охлаждении (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
