Якушин Б.Ф. - Физико-химические и металлургические процессы в металлах при сварке (1043835), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Если упругость диссоциации кислорода из оксида металла меньше, чем из углекислого газа ымз соз (Р < Рс,' ),то в среле бу. дуг развиваться окислитедьные п о! есс возможной, например, реакция восстановления оксидов железа: реО + СО кз ре е СОг. Поэтому прн сварке сталей Рне. ОА. Измснсвис солержавиа СО в присутствии твердого угле. рода прл повышении температуры 9.1,2, Образование соединений мезклу кемпвнентамн газовой смеси Наряду с диссациацией простых и сложных молекулярных га- зов для высоких температур сварки плавлением характерно образование молекул газа в эндотермических реакциях при взаимодействии кислорода и водорола с другими газами; азотом, водородом и фтором, Например, азот Хг и кислород Ог при Т = 3500 К взаимодействуют с образованием оксила азота ХО цо реакции, которая сопровождается поглощением тепла: Нг + Ог ~ 2НО (-181,4 КЛж)моль), (9.!4) Образующийся оксил азота может существовать в нераспавшемся виде при пониженных температурах (Т < 3500 К).
В контакте с металлом ванны при температурах 1800...1900 К он распадается и играет существенную роль как окислитель; он передает атомы кислорода и азота на поверхносъь жидкого металла. По мнению многих исследователей, оксид азота одновременно передает азот и кислород расплавленному металлу. Подтверждением этому служит тот факт (рис 9.5), что с увеличением кислорода в газовой среде растет и насыщение металла азотом, хотя степень его диссоциации невелика (см, рис.
8.9). На рис. 9.4 дан график зависимости содержания СО от темф пературы в присутстаии паров твердого углерода. Уже цри температуре 1100 К содержание СО в газовой смеси приближается к 100 бй Следовательно, создастся восстановительная дпя металла среда и становится угольным электродом не требуется дополнительной запгиты газом или флкком.
100 90 гсо 8 — со!+с 70 О О 50 й 40 30 е О 0 СОзьСз2СО 10 0 700 900 ! !ОО !300 Т, К 395 Н, % (мас.) Рис. 9.5. Зависимость со. держания азота а металле шаа от парцнальнага давления аюта лля разного состава защитной атмосферы (Нг н Хг) В)г, 'Ог и )Чг) прн Хр !О 'МПа 0,15 О,!О 0,05 0,3 0,5 0,2 0,9 Ри, Мпа [С]„= А ехр~ — — (, «Т, (9.15) 397 В низкотемпе а но" ванна сое р тур й зоне также происходят реакци об и разов металле. Эти еакции и динений ОН и фтористого задора а НР, ода, не растворимых ле. ти реакции используют для снижения парциазьного давления волорода иад сварочной ванной.
9.1.3. Н асыщенне расплавленного металл а газами в капле н сварной ванне ц осы растворения газов столба дуг . В е В жидком металле капель и сварочной в анны происходят п Ра. а дуги. сварочной ванне эти п оцессы протекают менее интенсивно, чем в капля, Р причинам: о, чем в каплях, по следующим !) темпе а а р тур жидкого металла в сварочной ванне в каплях, где она п иближа не ниже, чем р лижается к температуре кипения металла; объем з 2) для сварочной ванны атно отношение поверхности реакции к о ъему значительно меньше, чем для капель.
Растворимость газа в жидком металле также зависит от ега парциального давления и состояния. В . 'сли газ находится в атоманом состоянии, то его растворимость в металле ",Г и и Т = согласно закон Ге и п в металле ",Г] при Т = сопя! ([Г] = К ., а ас у енри прямо пропорциональна его даял велению )Рг), а раствоРимость двУхатомнмх газов, н в, находящихся в ивертса ([ 3] = — Р„), т. е. пРямо пропорциональна корню квадратному из — зз]рг ), т. е.
прямо и опо давления газа. Количество растворяющегося в металле газа [С] бо С], для льшинства металлов увеличивается с зависимости: ростом температуры по следующей где А и lг — константы; Š— теплота растворения газа в металле. 396 Из уравнения (9.15) следует, что с увеличением температуры металла повышается и содержание растворенного в нем газа, причем в каплях оно может быть значительным.
Оливка нельзя забывать, что при температурах, близких к температуре кипения метюша, имеетместо и обратный процесс: содержание газа в металле заметно лапает и в момент кипения становится равным нулю, поскольку образуется много паров металла, а парциельное давление газа при этом снижается.
Процесс растворения газов в жидком металле состоит из отдельных, протекающих последовательно стадий (цодробно рассмотренных в гл. 8): — адсорбции атомов газа поверхностью металла капли и сварочной ванны; — взаимодействия изсорбированного газа в поверхностном слое с металлом, т. е. образования растворов и химических соединений (этот процесс называется хемосорбцией); — отвода продуктов хемосорбции в глубь жидкого металла.
Адсорбция и хемосорбция протекают с очень большими скоростями — практически мгновенно. Отвод продуктов хемосорбции в глубь жидкого металла происходит с меньшей скоростью. На этой стадии процесса растворения газов в жидком металла большую роль играет механическое перемезнивание. При сварке оно проявляется довольно значительно вследствие интенсивного турбулентного движения расплава (из головной части сварочной ванны в хвостовую, см. Рис. 9.2), обусловленного давлением луги на жидкий металл.
Наибольшее насыщение металла газом происходит в каплях. Оно зависит от длительности пребывания капли на тарле электрода и времени ее пролета через столб дуги, а также от температуры капли. Температура, макснмачьнаа при коротком замыкании столба дуги каплей, зависит от состава газовой среды. По данным Алй Ищенко, в условиях сварки в аргоне при 7 = 400 А алюминиевого сплава АМгб, плавящегося при - 970 К, температура капель достигает 2100 К, а при сварке в гелии — значительно меныиего значения: 1900 К. Рассмотренная схема растворения атомарных газов в металле, в основе которой лежит закон Генри, получила название химического логлаьзенич газов металлом.
Максимальное насыщение газов в твердом гщи жидком метал. ле достигается в равновесном состоянии. Его зависимости при нормальном давлении от температуры и фазового состояния лля Ре, А1, Сц, йй и Т) представлены на рис. 9.6 и 9.7. Из рис. 9.6 следует, что равновесная растворимость атмосферных газов при (НН, см /!00 г (Н,)'; (ыз)е, с з/!00 г 30 20 20 9.2. Вливние атмосферных газов нв свойства стали и сплавов при сварке $0 1О 9.2Л.
Влияние кислорода на свойства стали дентрацин приводит к нх перемещению в объем металла диффузионным путем вследствие выравнивания разности концентраций (по механизму концентрационной днффузкн). Поэтому прн сварке на обратной полярности («+» на электроде) в капле растворяется меньше волорола. Это снизит концентрацню Нз н в ванне.
Степень рпвнтня электрического Поглощения газов металлом завнснт также от значения квтодного падения потенциала, состава газовой сусли, силы тока н других факторов. 0 500 Тм 0 !500 Т К 500 1500 2хЮ ТК а б Рнс. 9.6. Равновесная растворамость атмосферных газов в метылах А1, Сп, Ьй (а) н водорола н азота в железе (6) в завнснмостя от температуры н фазового состоаппв железа црп нормальном да»пеняя (прп температуре крнсталлнзацнн растворимость Нз а А) пааает от 0,69 до 0,036 см'ЛОО г) нормальном давлении а алюминии А1,меди Сп, никеле йй существенно зависит от температуры н агрегатного состояния металла (прн 300 температуре кристаллизации растворимость Нз в А) лапает от 0,69 3 до 0,036 см ЛОО г), а нх растворн- !00 масть в железе — н от фазовой мо- 0 лнфнкацин: Ре„, Ре„, Геь.
1400 Р300 2200 2600 3000 Т, К Прн электродуговой сварке наличие электрического поля создаст Рнс. 9.7. Снижение равновесной творим „„Ла а возможность электРичегяаго Лопе прн вмсокнх температурах агап(ганя газов межа»лом. Оио наблюдается только у поверхности катода а области активного пятна, куда внедряются положнтельные ионы газов, переносящие заряды столба дуги. Наличие у поверхностн катала слоя положительных ионов повышенной кон- (Н), смз/!00 г 398 Кислород растворяется во многих металлах, в том числе н в железе. Изучение особенностей растворения кислорода в железе позволяет сделать выводы относительно взанмолействня кислорода со сталью, основой которой является железо. Железо с кислородом образует трн оксида в результате следующих реакций: 2ре + Оз кд 2беО (закись, содержащую 22 7 % Оз); бреО+ Оз кя 2еез04 (закнсьоююь, содержащую 2764 % 02); 49е304 + 02 ПЯ брез03 (окись, содержащую 30,06% 02).
Из этих трех оксидов только закись железа ГеО растворнма в железе п поэтому наиболее сильно влияет на его свойства в составе свариваемого металла. Остальные окенды в железе не растворяются, могут в нем присутствовать только в виде отдельных вклкгченнй н легко разлагаются прн высоких температурах. установлено, что прн температуре плавлении железа предельная растворимость кислорода в железе составляет сотые доли процента (0,16 %), а прн комнаткой температуре — тысячные доли процента. Твердый раствор Оз а Ре называют окснферрнтом. На рнс.
9.8 приведена левая часть диаграммы состояния ажелезо — кислород». Прн температуре 845 К закись РеО, находящаяся в железе вне твердого раствора, разлагается с образованием закнснокиси: 4реО -+ Ге!04 Рс. (9.16) Таким образом, прн комнатной температуре кислород находится в железе как в твердом рас"творе рег„(в окснферрнте), так н в внле включений Ее!04. 399 УДК 621.791.0!(075.8) ББК 34.64! Т338 Реле»ге»вы: мфелрэ «Оборудование я технолапа смрачиого праиэводспа» Московского гасудэрепмниога индустриального унимрситегв (ээв, кафедрой д-р техн. наук, ароф.
В.Н. Лэставнря); л-р техн. наук, проф. кафедры «Тсхнолапа сварки, мэгернээовеление, износастойюхэь деилсй ыэшнн» Моаюажаго госулэрсэмниюго униэерснтетэ путей саабщеша С.Н. Кисмев Теории сварочных процесснн: Учебник для вуэов / Т338 А.В. Коновалов, А.С. Куркин, Э й. Макаров, В.М. Неровный, Б.Ф. Якушин; Под ред. В.М. Неровного. — М.: Нэл-во МГТУ им. Н.Э.
Баумана, 2007. — 752 сл ил. !БВН 978-5-7038-3020-8 Иээюжеюм аагетичсскяе асиаэм сварочных праисссв. Пксштээлс»ы с»еде»»я сб ас«аша фиээкн сээрачяых дупмых нстачн»ка» э»ергю», юа бсэ»остях»саюльэоээ»иэ э»э сверк«э)чшюй э«саги»»»сачи»«сэ э»ср. г«», юр»мс»»смыт лля сверк» лев»свис». Рэасматусны тспэаеыс юранессы »ри сверке мсаллоэ н дэяы ае»аэиые саде«и» юо э»ми мекал армад»- и»мике, ф»знчсскал »»ми», веабхюли«ме м» по»им»»ия мспыютрг»чески» яроцсссаэ юр«мирке. Оп«сэ»ы асэоэныс тсрмолефармэииоияые процессы и эре»рюше»иэ в мстэлээх лрю сеэр««ПРиеслс«м квэтк«с свел«и«э ю меюдэх компьютерною ьюдел»рсээ»яэ свара«»ьа эрапжса». Содержание учеб»и«э саатвсптвует «урсэ» юкшй, мэтарые шпоры читмат э М)ЗУ»м. Нлд Баумана Дэя студе»па» мы»итров »пеших гехи»чесюнх учебных эээелс»юв мэшэ»аатра«тельнмх алел»эхь»сетей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
