Якушин Б.Ф. - Физико-химические и металлургические процессы в металлах при сварке (1043835), страница 34
Текст из файла (страница 34)
которые легко ядсорбируются на повериюсти раздела фез и скяплнвшотся твм в знячнтельньш количеспах! 2) ядсорбция уменьшшт работу, затрачиваемую нв образование газового пузырька. На рис. 9.34 показано„что форма гвзояого пузырька, выделяющегося в жидкость 2 на ее границе с твердой поверкностью 1, чнввет твердую фазу! (Рис. 9.34, 6), газовый пузыРек приобрет овальную форму, ие успевает вырасти, отрывается и всплывает на поверхность ванны не образуя поры, В сварочной яннис поверхность рястущих кристяллитов, квк правило, хорошо смачивяется жидким метяллшя и первичные газовме пузырьки приобретают пренмунмственно овальную форму. При малой скорости кристаллизации (рис. 935, а) пузырек успевает оторваться и всплыть.
Однако прн неполном отрыве пузырьков от твердой фазы на ее поверхности остаются готовые звролы~ги. а б Рне. 9З4. Возможные фермы газового пузырьке ерн выделения газа нз только что заярнставянювавшешся шва в жидкость: а — О > ЗО'г 6 - В < ЗО' зявнснт от смячивеемосги последней. Прн этом краевой угол В определяется [см.
Рнс. 8.17) соотношением межфиных иятвжений: (9.97) соз В = (и! гяз — о! З) ! пзгьз Нетрудно увидеть, что при крвевом угле В > 90, когда жидкость 2 плохо смачивает поверхность твердой фазы 1 (рнс. 9.34, о), газо- вый пузырек успеввст вырвсти до значительных размеров (образуя пару). При краевом угче В < 90, т. е. если жидкая фаза 2 хоршпо 462 ф.Р.1 ° З Р " Рыш "" зв кристыянзацин мешлла шва прн малой (а) н большой (6) скоростях сверен (! — остаток газового пузырька внутри металла) Тякиа картине нвблюляется при большой скорости крисгвшэишци~ металла (рис. 9.35, 6). В этом случае естественно ожн;шть пористосги швя. Поры могут быль вызваны квк распюримымн в мезялле гязямн (Нъ )Чз), так и нервстворимымн, образующимися в свмом металле (СО, НзО, ОН). Появлению пор в мепшле швя способствует загрязненность металла ржавчиной, которая представляет собой гидрят окиси железе н может иметь различный химический состав.
1 463 й(ре "' 2НзО~ В)ОЗ + ЕНР; Сарг + Н Кя Сер+ НЕ (9. ! 00) Ри ~ Р'~ она ~ Ч ~оззит е окалину Ге)04 с шадсдс,щ,м воды. Таким образом, в иешжредстаенном контакте с жидким металлом оказываются и кислород, и водород. Поэтому при сварке металла. покрьгюго ржавчцной, оксид углсрол» СО (продукт реакции между углеродом н кислородом в жидком металле) может об.
разовагь поры. Водород прн этом лиэнь увеличнваег размеры образуюп(ихся газовых пузырьков, лнффундируя в них и переходя в молекулярную форму. Причиной возникновения пор может бмть н водород, а также азот, интенсивно растворяющиеся в жидком метаале и нс успевжощие в момент кристаллизации эюлносэыо вылепиться сп непа, Влияние состава газов на образование пор при сварке покрытого ржавчиной металла зависит от степени окисленностп сварочной ванны, т. е. от содержания в ней кислорода. Если металл окислеи, то растворимость водорода в нем снижается. В этом случае повышение содержания закнси железа в системе шлак — мепшл способ. ствует развитию в криспшлизующейся части сварочной ваинм реакции окисления углерода и потенциальному образованию пор, содержащих СО.
Если металл сварочной ванны хорошо раскислен и содержит нужное количество кремния ц лругих раскнсшпелей, то создаются условия дяя активного поглощения сварочной ванной водорола. Тогда образование пор в шве обусловлено преимущественно интенсивным выделенном водорсла нз кристаллизующегося мешлла. Для борьбы с порисгосгью, вьпываемой образованием окиси углерола, нужно сохранщь е сварочной ванне достаточное количество раскислителей, способных подавить реакцию окисления углерода в момент кристаллипщни металла сварочной ванны. Чтобы предупредить водоролную пористосгь, нужно обеспечить в газовой фазе более полное связывание водорода в соелинения, ие растворимые в меилле. Рассмотрим дее реакции, интересные в этом отношении. !. Соединении фтора, поступакяцие в газовую фазу, взаимо.
действуют с атомарным водородом нлн нарами волы и образуют не растворимый в металле фтористый водород; гс Рз «ЯВИ(=!гскб(оз «б(ре; б(Р4+ЗН КЯ Ейр+ЗНР; (Я.Я9) СО! + Н,=! СО+ ОН; ЦцО+ Няд Ма+ ОН. й)Оз,Н я >й(о«ОН. (9.!О!) Технологические сп способы борьбы с порами предусматривают применение соотяег оотастствующих режимов, заме!нывших крнсшллизвцию металла сварочн ной ванны (например, повышение погонной энергии 9(п), и мер, сн е, снижающих поглощение газов расцлаааеиным металлом, ос но обои о при его переносе через газовую фюу — например, , применение к короткой дуги, а также мер, сцособствуюэпих и колебаниях уровня поверхности сварочной выходу газа нз шва при ванны и при ее ви ра брацин.
Рекомендуется зачищать сварнваемые кромкц металла и прис исааочную проволоку ст ржавчины и других флаком форма мирочкой ванны боже блжпПри сварке пол ч",кжом приятна для получения пл ия платного шва. Эго объясняется следующими причинами: ние газов в жидком мепшле гяраннчсно, так как нет !) Растворение ппов в й дой; непосредст огненного контакта его с шзово сре 2) еская ванна обычно имеет чашеобра ну фг„ з ю н 2) мепалическ п мещении фро п м щ ч ига кристаллизации снизу вверх соэллкп „ благоприятные условна лля удаления ра ворен ст иых газов„.
с пой ванны. 3) замедленное охлажлсние непала вароч Я .11.2. Шлаковые включения н металле шва юченнв в металле шва (различные оксиды и часШлаковые включеннв в ыр нмекп прею!)зцсьчвснпо эилогеиное прои«хоп тнчно сульфиды) им пенис, т. е. образуются в самой сварочной ванне. Лишь небольшую ючений составэиот чвстицм «запутащпегосяе часть шлаковых включений в металле шлака ., Шлаковые включения могут располагатьсв в 465 эь — змз Возможность прете пРотеканца Реакций (9.93) и (9. !00) шзраво цод твержлаетсв высоки ими эначеииамн нх констант р вне есю прн температурах столба луги.
2, Образование в выс окстемпературной зоне не растворимого в иепшле соединения ия водорода с кислоролом (гидрокснла ОН), устойчивого при высоки оких температурах, может протекать так: Н+ Ока ОН; =2 105 9Ч (9 102) где г — радиус частицы, см; 8 — ускорение силы тяжести 2 (981 смГс ); р„,н — р„, „— разность плотностей жидкого металла и 3 шлаковой часпщм, г/см ! г) — вшкость жидкого металла, Па. с.
Как видим, скоросп вспльшания чвспщ тем больше, чем крупнее частица и чем меньше ее плотность и шпкость мепшла, в котором она двюкется. С этой точки зрения нежелательны мелколисперсные слабо коагулируюшне вкяюченил (ЯО2, А12Оз), обладающие малой скоростью асплываиня и загрязняющие металл. междендритных пространствах, на грашщах столбчатых крнсгал. литов, а также в местах нх стыка по оси шва. Состав шлаковых вкжочений может быль различным в зависимости от характера шлака Шлаковые вкжочения в стали часто представляют собой звтектики из различных оксидов. В алюминии шлаком является А12ОЗ. Включения, образующиеся при сварке с применением кислых шлаков.
имеют мелкодисперсный хармпер и состоят в основном из снликатов РеЯО). Основные шлаки дают более крупные включения с меньшим солержаннем снлнкатов. Число и размеры шлаковых включений в металле ирн ланном составе шлака и металла зависят от следующих важных фшсюров: — способнгюти шлаковых частиц к коагуляции, т. е. к укрупнению путем слияния; — скорости всплывання шлаковых частиц в жидком металле, Способность шлаковых частиц к коагуляцнн зависит от теьнзературы мепшла, поверхностного иатаження на границе шлаковая частица — жидкий металл, от вязкости как включений„так и жидкого металла и лр.
Чем выше температура металла и поверхностное натяжение шлака, чем ыеныне их вязкость — тем легче протекаег их коагуляция. Тугоплавкне включения в ниле комплекиж, имеющие повмшениую вязкость (КК~ А)2Оз), плохо коагулируют н поэтому распределяются в металле в дисперсном виде. Скорость всплывания шлаковых частиц зависит от нх размера, вязкости металла, разности плотностей шлаковмх частиц и металла н лр. Приближенно скорость всплыванил шлаковых частиц г; см!с, можно определить с помощью формулы Стокса На скорость всплывания шлаковых частиц заметно влияют наднчие конвеьтивных потоков в мсталяе, выделение из металла пумарей, перемешивающнх металл и увлекшоших шлаковые часпшы к поверхности сварочной ванны.
Значнтельиаа часть пшаковых частиц выталкивается к поверхносги сварочной ванны ржтущими крнсташппами металла шва. Распрелеляются шлаковые включения в мешлле по.разному. Эвзехтнки, образуемые ими с металлом или между собой, располагаютея по гранинам зерен в виде наиболее опасных линейных прослоек цли точечных скоплений.
Шлаковые включения в виде самосгоательных фаз могут иметь разлцчные формы: 1) групповые дисперсные включения глобуллрной формы; 2) игольчатые включения различной величины; 3) отдельные крупные включения (глобуляриые, веретенообразные н др.). Форма и размер шяаковых включений оказыкакц заметное алиание на механические и физические свойспа мешлла шва. Крупные остроугольные включения (более 5 мкм) снижают выносливость металла шва — пределы усшлости, Мелкие включения (менее 5 мкм) округлой формы не влияют иа предел прочности и пластичности прн статических испьпаниях сварной конструкции, а также на предел усталости металла, но их увеличение сопровождается некоторым снижением уларной вязкости и повышением склонносгн швов к кристаллизационным трещинам. Выделение вюпочений, например РеО н РеБ, по границам зерен, особенно в шще сплошных прослоек, придает металлу хрупкость (красноломкость).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
