Якушин Б.Ф. - Физико-химические и металлургические процессы в металлах при сварке (1043835), страница 24
Текст из файла (страница 24)
роваиня металла; — улучшения телиового режима сварки путем снижения скорости охлаждения; — по1шержания устойчивости лугового разряла; — высококачественного формирования металла шва и особенно создания плавной зоны перехода к основному металлу, зависящей от смачиваемости твердого металла жидким металлом и растекасмости жидкого металла на поверхности соединения. Применение сварочных флюсов эффективно только при оптимальных соотношениях химических и физических свойств шлаков и флюсов.
Химические свойства флюса и образующегося из него шчака в значительной мере определяются степенью кислотности или обратной ей величиной — степенью основиости (В). Степенью кислотиасти н называют отношение сумм молекулярных долей основных и кислотных оксидов данного шлака, выраженных в процентах и не связанных в комплексы: К кислотным оксидам сварочных флюсов относятся Яог, Т!Ог, Р205 Вгоз и др., к основным — РеО, МпО, %0, СаО, Вао, М80, НагО, Саго, К20 и др. Кроме этих двух групп оксидов в сварочных флюсах могут присутствовать и амфотериые оксиды, ведущие аебя с сильными кислотами как основные оксиды, а с сильными основаниями как кислотные оксиды.
К амфатерным акаидам относятся А!203, Рег03, СггОь 'к!203 и лр. Если степень киалотности больше единицы, шлак считается кислым, если меньше — основным. Однако такое деление весьма условно, так как прн ощюделении степени кислотностн н по формуле (9.28) не учитывается активность каждого из оксидов. Возможны случаи, когда по Значению л формально следует отнести шлак к кислым (н > 1), однако вследствие наличия в нем слабых нислотных и сильных основных оксидов он по характеру металлургического воздействия является основным. Тем не менее с помощью показателя степени кислотности можно ориентировочно оценить свойства шлака и его поведение при сварке.
Весьма важно при этом знать, в какой форме находятся в данном шлаке разяич- цые оксиды — в виде комплексных соединений илн в свободном, диссоциированнам состоянии. Запинлем в общем виде реакцию образованна комплексных соединений для жидкого шлака: (МеО)ссн + (Мео)кис» 4-" (Ме()ас» МеОкиск) (9 29) с константой равновесия (выраженной в объемных долях компо- нентов): С уменьшением температуры константа равновесия К„реакции растет, процесс образования комплексных соединений усиливаегся и концентрация свободных окаидов в шлаке уменьшается.
О степени сролатва отдельных оксидов друг к другу можно судить по значению константы равновесия реакции, а также (ориентировочно) по тепловому эффекту реакции — теплоте колсплексоабразования. Ниже приведены значения теплоты комплексообразования, Длс)моль, для различных соединений; 2СаО ЯОз....................................................... 118860 Вао ЯОь...........,.,.....,.......................,........... 61740 РсО Яоз-- -------- ------------------ 45 360 2рсО. ЯОз . 34 020 МнО ЯО,......................................................... Згэяо 2»О.
ЯОз......................................................... 10458 А!зОз ЯОз- .. —.....--....—......-...--........... —. 192990 Из привеленных ланных следует, что образованию слшнкатов алюминия соответствует наибольшая теплота комплексоабразования. В кислых шлаках наиболее сильными основными являются оксиды щелочных и щелачиозсмельных металлов, слабее оказываются амфотериые аксиды.
Из кислотных оксидов после Яог наиболее сильные Т102 и Р205 Вообще процессы комплексообразования идут в пзлаке одновременно длн всех оксидов, но наиболее полно и активно онн протекают при взаимодействии сильных основных н кислотных оксидов. Нельзя забывать, конечно, и о влиянии концентрации свободнога оксила в шлаке на развитие процессов комплексообра- зоваиия. При большой концентрации в шлаке слабого оксида степень его активности может заметно возрасти. К началу затвердевания шлака после кристаллизации метатла шва отдельные его компоненты присутствуют в форме двойных и более сложных комплексных соединений, а также находятся во взаимных растворах. Химические свойства сварочных шлаков следует рассматривать в совокупности с их физическими свойствами.
Физические свойства шлаков характеризуются следующими величинами: — тегшовыми константами (температурой плавления и размягчения, теплоемкостью, скрытой теплотой плавления и энтвльпией шлака); — вязкостью в жидком состоянии и ее изменением с температурой; — газопроницаемостью; — плотностью в жидком состоянии; — показателями, определяющими отделяемосгь шлака от металла шва в твердом состоянии. Для подавляющего большинства сварочных шлаков характерна большая склонность к переохлаждению, что объясняется их повышенной вязкостью в жидком состоянии.
Точно определить температуру плавления шпаков трудно, так как соответствующие критические точки превращения выражены не всегда отчетливо, а иногда и вовсе отсутствуют. Для шлаков характерно наличие некоторого температурного интервала плавления, лежащего между температурами начала размягчения шлака и его перехода в жидкое состояние, соответствующее полному расплавлению.
Температурный интервал плавления у кислых шлаков обычно больше, чем у основных. От температуры размягчения и плавления шлаков, полученных при взаимном растворении их компонентов, следует отличать теьгпературу образования шлаков при плавлении электродных покрытий или керамических флюсов, представляющих собой механическую смесь измельченных компонентов, связанных обычно раствором жидкого стекла. Длв такого шлака характерна температура плавления смеси оксидов, составляющих его (например, электродного покрытия). Обычно оиа несколько выше, чем для сплавленного шлака пгго же состава, но так же, как и для сплавленного шлака, должна быть ниже температуры плавления металла.
Активность жидких шлаков при взаимодействии с металлом сильно зависит от их вязкости. зависящей от температуры. На рис. 9.18 приведены кривые зависимости линамической вязкости ц 4!6 сварочных ишаков от температуры П ч, Па с По ним можно судить об особенно- 45 стах поведения шлаков при переходе из жидкого состояния в твердое. 3,5 Кривая 1, соответствующая «коротким» пшакам, показывает, что их 3 вязкость почти постоянна в пределах ! 5 1 1473-1873 К и составляет менее 0,2 Па с. При температуре около 0,5 1373 К вязкость «коротких» шлаков резко повышается и они затверде- 1400 лают.
Перепад температур по толщи- Рис. 9.18. Зависимость анне шлаковой корки приводит к тому, иамичсской вязкости от тем. по «короткий» шлак быстро затвер- пературы лля расллавлсндевает вблизи поверхности, оставаясь "ых Ф"юсов: жидким в зоне соприкосновения с 1 — АИ ЗЗ' З вЂ” ЛИ-З4З-Л 3— кристаллизующнмся металлом и обеспечивая свободный выход газов из металла и формирование шва.
«Короткие» шлаки относятсв к основным шлакам. Кривая 2 (см. рис. 9.18) соответствует «длинным», более густым шлакам, вязкость которых медленно снижается в интервале !573...1673 К. Такие шлаки постепенно переходят сначала из жидкого состояния в густое, потом — в тестообразное, а затем — в твердое, и поэтому трудно установить температуру начала их затвердевания. Переход «длинных» шлаков из тестообразного состояния в твердое сопровождается повышением вязкости, и это затрудняет перегруппировку частиц, необходимую для построения кристаллической решетки.
Поэтому «длинные» шлаки не кристаллизукпся, а переходят в стекловидную аморфную массу, «Длинные» шлаки — это обычно кислые силикатные шлаки. Чем больше содержание ЯОЗ в шлаке, тем выше его вязкость. Однако различные силикаты, вхолящие в шлак, могут иметь разную вязкость Наиболее часто встречающиеся в сварочных шлаках комплексы — силикаты по возрастанию их вязкости можно расположить в такой ряд: Е«О ЯОЗ, МпО ЯОп Е«ЗОЗ Б~Оз, М8О ЯОЗ, СаО ЯОЗ, А!ЗОЗ ЯОЗ.
«Длинные», медленно затвердеваюшие шлаки менее активны по отношению к металлу и отличаются худшими формирующими свойствами: смачиваемостью и растекаемостью. 417 От вязкости шлака зависит его газопроницаемость, т. е. способность пропускать выделяющиеся из металла газы. Известно, что скоросп выделения газов из металла зависит от их давления над поверхностью металла.
Если у шлаков плохая газопроницаемость, то на поверхности металла создается повышенное давление газов, препятствующее их дальнейшему выделению. В этом случае в шве могут образоваться поры, а на поверхности шва— мелкие вмятины, шероховатость, побитость. Густые шлаки обладают плохой газопроницаемостью, а мапо- В вязкие, жидкоподвижиые шлаки — высокой газопроницаемост ью.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
