Неровный В.М. - Теория сварочных процессов (1043833), страница 51
Текст из файла (страница 51)
Все эти порошковые материалы замешивают на растворе силиката натрия р(а2ЯО3 (жидкое стекло) н подвергают гранулнрованию на специальных устройствах. После этого гранулы просушивают„прокаливают для удаления влаги н хранят в герметичной таре. Так как в процессе изготовления они не подвергаются нагреву, то все, даже активные, металлы а них сохранены и при плавлении флюса они переходят в металл шва, раскисляя его н легируя до нужного состава.
Керамические флюсы классифицируют по назначению и химическому составу. По назначению различают флюсы для сырки н наплавки углеродистых и легированных сталей, цветных металлов и сплавов. По химическому составу шлакообразуюшей массы флюсы могут быть отнесены к кислым, нейтральным и основным. Кроме того, нх делят на несколько типогк марганцово-силикатные (К11), кальций-силикатные (КС!), флкюрнтно-основные (К1, К2, Кз) и др. В России разработано значительное число марок керамических флюсов пяти типов для сварки и иаплавки металлоконструкций различного назначения в зависимости от химического состава основного металла.
Типовые составы основных композиций сварочных флюсов приведены в табл. 10.1, а их назначение в табл. 10.2. По степени легирования металла шва керамические флюсы делятся на слабо легирующне — для сварки низкоуглеродистых н низколегированных сталей (АНК-35, АНК-44, АНК-45 и др.) н сильно легирующие — для сварки специальных сталей (АНК-34. АНК-47, АНК-48 и др.). 473 Тайлыца И.2.
Назначение фвюевв для сварки различных сталей и сплавов АИ-348-А, АНК-35, ОСЦ-45, ФЦ-6, ТА.Б!.10, г8М 37 Низкоуглеролясгые стали ФЦ-22, ФВТ-1, АН-42, АНК-44, РВ !О, Р»! 12 ()Р8 Низколегироваииые стали ФИМС-2ОП, АН-26С, ФЦ-19, НФ-18М, ОФ-6, ФЦК, АНК45, г-624 Легированные и высокояегиро- ванные с»вли Никель и его сплавы ОСЦ 45, АН-348-А, АИ-60, ФЦ-10, АНМ-2,ЖМ-1, К!3МВТУ Мель и ее сплавы Титан и его сплавы АНТ-1, АНГ-5, АНТ 7 АН-А1, УФОК-А 1, МАТИ-10, ЖА-64 Алюминий и еп» сплавы ! 0,1З. Особенности металлургических процессов прн дуговой сварке под спеем плавленых н керамических флюсов ге+ (МпО) — » [Мп) + [рео); 2ре + (8!О») -+ [8!1+ 2[рео) (10.1) При дуговой сварке под флюсом следует разлнча»ь: — высокотемпературную зону, где металл нагревается до температуры, близкой к кипению.
Она охватывает переднюю стенку сварочной ванны, плавящийся торец электрода„капли металла, проходящие дуговой промежуток, а также активное пятно дугового разряда на дне сварочной ванны; — низкотемпературную зону, включающую хвостовую часть сварочной ванны, где температура приближается к температуре кристаллизацил металла и происходят процессы криспплизацни, обменные реакции между шлаком и металлом, их конвектнвное перемешнвание, выделение газов и пр. Главная особенносзь процесса — обратимость реакций в обеих зонах. В высокатемпе!хпурной зоне под флюсом, содержащим МпО и Б!О», интенсивно развиваются эндотермические обменные ренкциц„ приводящие к легированию капель железа кремнием и марганцем и одновременно к их окислению компонеитамн флюса (в результате образования закиси железа, растворяющейся в каплях): Такой процесс называется кремнемарганцевосстановительным.
Ход реакций (10.!) в прямом направлении подтверждается термодинамическими расчетами, приведенными в гл. 9 (пример 9.3). В этои же зоне ~ожет происходить охи~я~иле у»переда стали оксидами железа, если его химический потенциал меньше, чем у Мин 81: [рео) + [С) — ре+ СО. Обычно материал электродных прове»»ок имеет пониженное содержание углерода, поэтому реакция (10.2), приводящая к выделенпю газа = оксида углерода СΠ— из капли, не происходит, Кроме того, окислению углерода препятствует кремний, который восстанавливается марганцем из ВИОз прн высоких температурах: 2[Ми) + (8!О») -» [$!1+ 2МпО. (!ОЗ) Вероятность этой реакции обоснована пересечением линий »56 =-~(7) на рис. 8.12. Следует учесть, что интенсивное перемешнвание шлака с металлом приводит к извлечению значительной чвстц геО в шлаковую фазу ([геО! -» (геО)) согласно описанному в гл. 8-9 закону распределения в гетерогенной системе жидкий металл -- жидкий шлак. Чем ниже температура, тем больше геО в шлаке н тем меньше — в металле.
В шлаке (геО) переходит в соответствующие комплексы, например в силикаты (РеО 8!О»). По исследованиям В.В. Полгаецкого, плавящийся электродный металл каплц значительно обога- 9»ается кремнием и марганцем. Если использовать флюс АН-348 и проволоку Св-08, то содержание 8! в проволоке составляет 0,02 %, а в капле 0,15 %, т. е. в 7,5 раз больше; содержание Мп в проволоке и капле составляет соответственно 0,52 н 0,63%. Обогащенный кремнием ц марганцем металл в виде капли попадает в низкатемпературную зону сварочной ванны. Прн понижении температуры реакции (10.1) ндуг в обратном направлении, т. е.
эти элементы (кремний и марганец) начинают раскнслять металл и их концентрации в металле шва снпжаются, приближаясь к исходным: [Мп1 + [гео) -+ ге + (МпО); (10.4) [8!]+ 2[геО! -» 2ге+ (8!Оз). Поскольку основная часть геО извлечена шлаком, то металл шва после раскисления согласно реакциям (10 4) будет содержать больше Я„чем его исходное содержание. Часть Мп прн этом рас- ходуется на восстановление 88 — следовательно, имеет место леги- рование при сварке, 81, % (мас.) О,4 Мп, % (мас.) 0,8 10Л.4. Степень легнраввиии швов прн сварке пвд флюсом При механцзированной дуговой сварке под флюсом почти не происходят потери металла и оценить изменение химпческого состава металла шва очень удобно по так называемому исходному составу. По шлнфу (макрострукгуре) определяют площадь сварного шва и, зная разделку под сварку, находят соотношение количеств расплавленного основного металла лт н наплавленного электродного металла и, а затем по известным составам проволоки и основного металла находят расчепюе содержание компонентов в металле шва, предполагая, что никаких потерь элементов в результате химических реакций не былш [х) =л>[х~ +л[х)„ (105) где [х[ — Расчетное содеРжание компонента в металле шва; [х)о— содеРжание компонента в основном мепшле; [х)э — содеРжание компонента в злектротшом металле.
Если сделать химический анализ сварного шва, то фактическое содеРжание компонента х в металле шва [х)ш не совпадает с его расчетным содержанием. Если [х)«д — [х) = Л[х) > О, то происходит легиРованне, а если [х)ш — [х) = Л[х) < 0 — выгоРание„что характерно для углерода нлн активных металлов (А1, 0П) в спин.
Степень легнрования различными компоиентамн зависит от состава флюса. На рис. 10.3 приведены графики перехода марганца и кремния в металл в зависимости от основностп флюса В (см. (9.28)). Как следует из приведенных графиков, переход кремния зффш«- тнвнее нз кислых шлаков, а перехол марганца — из основных. На рис. 10.4 приведены данные по переходу марганца в зависимости от содержания МпО во флюсе при одинаковой основности флк>са.
Флюсы, содержащие менее 1О % МпО, содействуют переходу марганца нз металла в шлак (Л[Мп1 < 0), а прн солержаннн МпО свыше 10 % начинается переход марганца нз шлака в металл. Однако при 478 О,б О,2 0,1 О,4 0 1,0 1,5 2,0 В О,б 0,8 1,0 1,2 1,4 В л 6 Рне.
10З. Влияние основности флкха В ка переход 81 (а) н Мп (6) нз флюса в металл шва (нндексом ««ю> обозначено расчетное содержание элемента а металле шва) содержании МлО во флюсе свыше 35 % переход марганца остается практически постоянным. Для оценки химической активности А и степени леп«ровання главнымн Мп; 81, % (мас.) компонентами (8102, МпО) Н.Н. Потаповым предложены 0,8 1Мп[ следующие уравнения: (% 8102) (Мп)„ 100В 0,4 0„42(% МпО)В 181)и> мзо 0,2 Здесь (% ЯО) и (% МпО) — 0,1 массовые доли компонентов в шлаке„ — основность шлака >О >О «О 00 (см. (9.28)).
Сумму активно- МпО, % (мас.) стей АЗю и Аьтпо Н„Н. Пота- Рис. 10.4. Переход Мп из флюса в металл шва при увеличении МпО пов принимает за козффици- во флюсе ент химической активности флк>са, т. е. (% 8«О )+0,42В2(% МпО) Аф = Аз>т~ + Ампо — 1008 который прелставляет собой функцию состава флюса н сильно зависит от его основности В. 2.2.3. Идеальная плазма. Плазменный параметр Принято различать идеальный и реальный газы.
Критерием идеальности является малость средней потенциальной энергии частиц по сравнению с их средней кинетической (тепловой) энергией. Аналогичный критерий идеальности применим и к плазме. В приведенном выше определении плазмы она была охарактеризована как газ, состоящий из заряженных частиц. Взаимодействие между заряженными частицами подчинено закону Кулона. Для кулоновского взаимодействия частиц критерий идеальности записывается в виде е l г, — е п « lсТ.
С этим выражением связана 2 !!3 следующая важная характеристика плазмы: 2 е е 4пеп ср Уср/Т гср)Т4 и Утзе 2 2 Здесь величина с называется плазменным параметром, и условие применимости газового приближения плазмы (идеальной плазмы) сводится к требованию с « 1. Неравенство (2.12) означает, что среднее расстояние между заряженными частицами в плазме должно быть значительно меньше дебаевского радиуса экранирования. Таким образом, критерий идеальности плазмы, т.
е. малость энергии кулоновского взаимодействия по сравнению с кинетической (тепловой) энергией, совпадает с условием применимости дебаевского экранирования — число заряженных частиц внутри сферы радиусом гр, должно быть велико. В плазме газовых разря- -2 дов неравенство (2.12) выполняется с большим запасом: ~ < 1О Вследствие высоких температур плотность частиц в сварочной плазме, несмотря на сравнительно высокие давления р, настолько мала, что практически для нее можно считать справедливыми уравнения идеального газа, в том числе уравнение, выражающее основной закон газового состояния для 1 моль газа, рр= КТ. (2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
