Якушин Б.Ф. - Физико-химические и металлургические процессы в металлах при сварке (1043835), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Растворимость водорода зависит как от температуры, так и от парциапьного давления согласно законам Генри и Сивертса, Влияние этих двух факторов учтено в уравнении А.Н.Морозова: Кроме того, на растворимость водорода в железе влияют легируюшие элементы. Титан, ниобий, цирконий повышают ее, так как образуют с водородом прочные гидриды.
Другис элементы- раскислители: марганец, никель, хром косвенно вдияют на раатворимаать водорода в железе, авязыаая кислорол в оксилы, а угле- 3 рад, кремний, алюминий снижают ее ло 40 см /100 г. Таким образам, жидкое железо может поглощать значительное количество волорода (см. рис. 9.6, б) лаже при низком парциальном давлении. Особенно велика концентрация водорода при многопроходной лу. гавай сварке под флюсом в условиях максимального перегрева метюиа. В твердом металле шва остаточная концентрация водоро- 3 ла достигает 1О ам /100 г, а основная масаа вспорола успевает выделиться нз метш5ла в результате десорбции в условиях замеллениой скорости охлюкдеиия шва под шлаковой коркой. Присущее всем металлам негативное влияние водорода заключаетая в том, что при кристаллизации образуется пориатость по реакции 2[Н].= Нз.
Возникновение при охлаждении молекулярного напорола, не раатворимого в металле, является главным фактором появления пор в шве. Закономерности образования межфазной поверхности газ — металл и рост пор,опиаанные в гл. й, подтверждают, что скорость роста пузырьков определяется степенью пересышення сварочной ванны газами и диффузией атомов газов в зародыш из прилегающих микрообьемов, При локальном пересыщенин жидкости у фронта кристаллизации зарождение и развитие пузырьков наиболее вероятны при остановке раста кристаллов, имеющей место в условиях периодической кристызлизации. Для обычных условий охлаждения сварочной ванны наиболее вероятно образование мельчайюих пор у линии оплавления, где средняя скорость роста криаталлитов минимальна.
Это чаще ваего наблюдается при сварке алюминия, меди и их сплавов. При сварке с флюсовой зашитой металла, включая комбинированную газошлаковую защиту, существенное снижение главного фактора — парциальнаго давления водорода в зоне столба дуги достигастсл путем его связывания в нерастворимые соединения с фтором (НР) в результате выделения фтора из флнюрита Сарз, входящего в состав флюсов, по реакции (9.42) Сарз+ 2Н-+Са .
2НЕ. Таким образом. тщательная прокалка флюсов, их хранение в герметичной таре, очистка поверхности металла и электродной проволоки от ржавчины и масла способствуют уменьшению водородною насыщения швов, а также предотвращению пористости. 9.7. Окисление металла шва флюсом Присутствие кислорода в газовой фазе флюсовой полости обусловлено в основном тем, что; — на поверхности металла свариваемых кромок имеются оксиды (окалина Ре304 и ржавчина Рез03 2НзО), диасоциируюшие при дуговом нагреве (с вылелением свободного кислорода) или вступающие с жидким железом в реакции: Гез04+ Ре = 4уеО, (9.43а) (9.43б) Рез03+ Ре = ЗЛО; — во флюсе есть воздух и влага, диссоциируюшая при сварке и взаимодейатвуюшая с жилким железом по реакции Н30+ Реп кд [РеО] + Нз; (9.44а) — при дуговой сварке нроиаходит выделение на аноде кислорода по реакции 2(ОН) + [Ре] ПХ (Ге ) 5- (О ) ь 2[Н], (9.44б) а на катоде — водорода по реакции Н ее рд [Н].
(9.45) Кроме того, кислород попадает в жидкий металл ванны при прямом взаимодействии реп с химически активными оксидами жидких шлаков в результате обменных реакций, например (0103) -н 2реп Ся 2 (ЕеО) + [51]. (9.4б) Таким образом, в шлаке возникает закись железа ЕеО, которая растворима в жидком железе.
Если оксид, растворимый в металле, образуется во флюсе-шлаке, то межлу концентрациями зтого акселе согласно закону распределения Нернста устанавливается определенное соотношение Л = — =.Г(Т). (МеО) [МеО] (9.47) В результате реакции (9.4б) жидкии металл олновременно акис ллеюя и легируется (обычно кремнием или марганцем). Термоди- 432 433 55 — ьи н намический расчет, цодтаержлаюший ход этих реакций а указанных направлениях дан в гл. 8 (пример 8.3).
Таким образом, кремнемар. шнцевые шлаки, имеющие большее количество кислотных оксидов (»й %03 >»А МпО), окисляют капли электродного металла при высоких температурах (т. е. осуществлается первая стадия кремнемар. ганцевого процесса). Поэтому они считаютсл акгивными. Наряду с окнсленцем капли кремнемарганцевые шлаки обогащают металл кремнием и марганцем, которые, попадая в более холодный металл сварочной ванны, вызывают процеасы раскисления. Если в электродном металле содержатся легнрующие элементы с большим сродапюм к киалоролу, чем у железа, то происходит их необратимое окисление при взаимодействии с %03 и МпО. Поэтому прн сварке легированных и высоколегированных сталей нелопустимо применение кремнемарганцевых флюсов, которые хотя и имеют хорошие сварочно-технологические свойства, но весьма активны, так как содержат термически малопрочиые оксилы Б»03 и МпО, выделяющие кислород в обменных реакциях.
Ввод термнчески более стойких кислотных оксидов А!303 н Т!Оз позволяет несколько снизить активность флюсов, но вызыва. ет другие реакции окисления (с участием углерода и кремния) и жкстановяение алюминия и титана, переходящих в металл шва из флюсов. Однако окисление А!303 и ТЮз происходит при более высоких температурах и по более сложной схеме: — восстановление алюминия и титана из А!303 и Т»03 кремнием; - окисление легнрующих элементов (С, %, Мп, Сг) кислородом.
выделяющимся при часпзчной диссоциации А!303 и ТЮз; — образование в наплавленном металле остаточного кислорода (входившего в состав А! 303 и Т»03), т. е. создаются включения. Такой же результат имеет место при вводе кислотного оксида 2Юз. Итак, а увеличением количества кислотных термостойких оксидов в составе флюса (А!303, 2Ю3, ТЮз) усиливаются процессы окисления легируюших элементов (Сг, %, Мп, ИЬ) и восстанавливаются металлы 2г, А!, 30 из их оксидов. Прл этом растет общее содержание кислорода, а содержание других ферритизаторов и ферритной фазы уменьшается. Термодинамические расчеты, выполненные Н.Н. Потаповым, показали, что окисление хрома Сг и наиболее эффективного ферритиэатора и стабилизатора феррнтной фазы в аустеннте — ниобия ХЬ происходит с участием диоксида кремния %03, а также его моноокснла%0 по следующим реакциям: [Сг]»' 2(БЮз) ~ — (СгзОЗ)ша + 28!Ог»з! 4 .
2 [ХЬ[ + 2(%03) ПД вЂ” (ХЬЗ05)шя к 28!Ошз. 4 2 5 5 (9.48) Присутствие неметалличаских включений снижает сопротивляемость металла шва образованию горячих трещин, коррозионную стойкость швов и пластичность сварных соединений высоколегированных сталей. В отличие от кислотных оксидов основныс окаилы (СаО, МБО) облалают достаточной химической стойкостью во всем диапазоне сварочных температур, но не обеспечивают необходимые технологические свойства. Из работ Б.Н.
Бадьянова следует, что составы флюсов для высоколегированных сталей должны создаваться на основе компромисса, причем рекомендуется, чтобы содержание главного окислителя %03 соатаввяло не более 10»Д», что позволит полностью связать его основными окандами в комплекаы %03 СаО и т. п.
9.8. Переход вредных примесей нз флюса в металл швв Под воздействием шлака в шае изменяется как количество вредных примесей — серы и фоафора, так и геометрическая форма их соединений — сульфидов и фосфилов (Рей, МпБ и лр,). Источниками серы во флюсе являются шихтовые мннервлы типа пиролюзита Мп03, содержащего до 0,25»Д» Б, а также магнезит н флюорит, ГлавНым источником фосфора в металле шва является также Мп03, содержащий до 0,35»Д» Р. В высокомарганцовисгых плавленых флюсах содержание серы (и фосфора) обычно сосшвлает 0!... 0 15»д».
В плавленых и керамических флюсах, не содержащих МпОЬ концентрашш серы не превышает 0,05»А». Наибольшее количество серы переходит в металл шва, когда она находится в соединении РеБ, хорошо растворимом в жидком железе. Сера н фосфор могут переходить иэ шлака в металл шаа, и наоборот, в зависимости от состава флюса и технологии аварки согласно уравнениям: (9.49) [шз = т!3 (Б)); [Р) = т!р(Р)9, где Пз и цр - коэффициенты распределения серы Б н фосфора Р между шлаком и металлом. 434 »5' 435 А, Дж 280 240 200 )60 )20 80 40 [В)7] = [О] + 0 8[8] + 0,7[Р], (9.50) тле [О], [8], [Р] — концентрация кнслорала, серы и фосфора в металле шва; 0,8 н 0,7 — коэффициенты влияния.
Эквивалент ВП позволяет соизмерить отдельное влияние примесей 8, Р и Оэ в виде неметаллнческпх оксндпых включений, а козффнцнентм влияния тшаке наказывают, что наибольшее влияние на ударную вязкость оказывает кнслород. На рпс 9.25 приведена зависнмоать работы ударного излома металла шва от содер- 436 Прн многопрохолной сварке с увслнченнем высоты шва, кондея. грация серы, фосфора н кислорода значнтельно повышается во сравнению с нх содержанием в алек. градной проволоке. В метачлс щва сера образует сульфид железа Реб (Тш = )468 К). Его звтекгнка с желеюм плавптая прн !258 К. Е!пе 0 004 008 ОЛ2 более нвзкую температуру пла Г) % (, ) лепна имеет его эвтекгнка а ком- плексом 2реО-8(02. В сталях с Рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
