Якушин Б.Ф. - Физико-химические и металлургические процессы в металлах при сварке (1043835), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Кремнемаргвнцевые фдюсы имени различные составы в зависимости от того, спин каких марок подвергаются сварке, так как при взаимодействии со ишаком состав металла сварочной ванны может изменяться. Флюсы раэлеляются также и по своим физическим свойствам: по структуре гранул они делятся на стекловидные и псмзовидные, по характеру изменении вязкости — на «длинныеь и «короткиея, по ларакгеру взаимодействия с металлом — на активные н пассивные„ которые применяются при сварке среднелегированных сталей. Керамические флюсы представляют собой порошки различных компонентов, которые образуют шлаковую фазу, изолирующую металл от окисления, и ферросшжвов или свободных мета«лов для раскисления и легнрования. Все этн порошковые материалы замешивают на растворе силиката натрия НазбгОз (жидкое стекло) и подвергают гранулированию на специальных устройствах.
После этого граиулы просушивают, прокааивают для удаления влаги н хранят в герметичной таре. Так как в процессе изготовления оии не подвергаются ныреву, то все, дюкс активные, металлы в них сохранены и при плавлении флюса оин переходят в мепшл шиа, раскисляя его и легируя до нужного состава. Керамические флюсы классифицируют по назначению и химическому составу.
По назначению различают флюсы для сварки и наплавки углеродистых н легированных сталей, цветных металлов ° н сплавов. По химическому сосшву шлакообразующей массы флюсы могут быль отнесены к кислым, нейтральным и основным. Кроме того, ик делят иа несколько типов; марганцово-сияикатные (К1!), кальций-силикатные (КСРК флюоритно-основные (К!, К2, КЗ) н др.
В России разработано значительное число марок керамических флюсов шгти типов для сварки и наплавки металлоконструкций различного назначения в зависимости от химического состава основного мешлла. Типовые составы основных композиций сварочных флюсов приведены в табл. 10.1, а нх назначение в табл. 10.2. По степени легнроваиия металла шва керамические флюсы делятся на слабо легирующие — для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей (АНК-35, АНК-44, АНК-45 н лр.) н сияьно легирующие — лля сварки специальных сталей (АНК-34, АНК-47, АНК-40 и др.). 473 АН-348-А. АНК-35, ОСЦ.45, ФЦ 6, ТА.Я.!0.
08М 37 Низкоуглерюлпстме стали ФЦ-22, ФВТ-1, АН-!2, АНК-44 Рв 10, Рй!2ОР8 Низьюлегнрошииые сгзлн ФИМС-20П, АН-26С, ФЦ-!9, НФ-18М, ОФ.6, ФЦК, АНК-45, Р.624 Легированные и пыажолегиро- еаииые стали ОСЦ-(5, АН-348-А, АН-60, И-1, АНФ-5, ФЦК, ОФ.6 Никель и его сплавы ОСЦ.45„АИ-348-А, АН-60, ФЦ-10, АНМ-2, ЖМ-!, К!!МВТУ Мель и ее сплавы Титан и его сплавы Алюминий и его сплаам АИТ-1, АИТ-5, АНТ-7 АН-А1, УФОК-А 1, МАТИ-10, ЖА-64 [Мп) е [реО) - ре + (Мпо); (10Д) ре+ (МпО) -+ [Мп) + [рео); 2Ре+ (ЯО2) -+ [Я) + 2[уеО) (10.1) 477 476 У Я и 1Д2.
Иазиачеиве флюсав ллв сварки различиып спиел в ышаиов !О.! 3. Освбенмаети металлургических ирвцессвв прн дугавай сварке пед елеем плавленых и керамичеекнк флнжав При дуговой сварке пол флюсом следует различать: - высакотемпературную зону, где металл ншреваекя до температуры, близкой к кипению.
Оиа ахватывжт переднкио стенку сварочной ванны, плавжцийся торец электрода, капли металла, прохолпшие дуговой промежуток, а также активное пятно дуплюго разрвда на дне сварочной жзннй! — низкатсмпературную зону, включшошую хвостовую часть сварочной ванны, где температура приблюкаегся к температуре кристаллизации металла и происхошп процессы кристмлнэацни, обменные реакции между шлаком н мегалвом. нх конвехтивнсе перемешиванне, вылелеиие газов и пр.
Главная особенность процесса — обратимость реакций в обеих запах. В высокотемпературной зоне под флнжом, содержашнм МпО и ЯОН интенсивно развиажотся жшатермическне обменные реакции, приваляшие к лепзрованшо капель железа кремнием и марганцем н одновременно к их окислению компонентамц фаика (в резулкште образования закисм железа, распюряюшейся в каплях): Такой процесс называется кремнемарганцевосстановительным. Ход реакций (!О.1) в прямом направлении подтверждается термодмнамическимп расчетами, приведенными в гл. 9 (пример 0.3). В этой же зоне может происходить окисление углерода стали оксцшмн железа, если его химический потенциаа меньше, чем у Мил Я: [реО) + [С) -ь ре ч СО. (10 2) Обычно материал электродных проволок имеет пониженное солержанне углерода, поэтому реакшш (10.2), пршюдяшая к выделению газа — оксида углерода СΠ— из капли, не пронсхолит.
Кроме того. окислению углерода препятствует кремний„который восстанавливается марганцем из ЯО2 прн высокик температурах; 2[Ми) + (ЯО2) -ь [Я) + 2МпО. (НЕЗ) Вероятность этой реакции обоснована пересечением линий Ьб =7(7) иа рис. 8.12. Следует учесть, что интенсивное перемешивание шлака с металзюм привалит к извлечению значцтельнай части РеО в шлаковую фазу ([ЕеО) -ь (РеО)) согласно описанному в гл. 8-9 закону распределения в гетерогенной системе жиакий металл — жидкий ишак.
Чем ниже температура, тем бовьше РеО в шлаке и тем меньше — в металле. В шлаке (РеО) перехолнт в соатвстствуюшие комплексы, например в силикаты (реО 8!(Ц). По исследованиям В.В. Подгаецкого, плавяшийсв электродный металл капли значительно абопз- 0!ается кремнием и марганцем. Если использовать фякж АН-348 и проволоку Св-08, то содержание Я в проволоке саставяяет 0.02 %, а в капле 0,15 %, т.
е. в 7,5 раэ больше; содержание Мп в проволоке н капле составляет соответственно 0,52 и 0,63%. Обогащенный кремнием н ыарганцем металл в аиде капли попадает в низкотемпературную зону сварочной ванны. При пани!кении температуры реакции (10,Ц идут в обратном направлении, т. е. эти элементы (кремний н марганец) начинают раскнслять металл и их концентрации в метюше шва снимаются, прнблюкаясь к исходным: [Я) + 2[реО) -+ 2ре + (ЯО2). Поскольку основная часп РеО извяечена шлаком, то металл иша после раскисления согласно реакдиям (10.4) будет содержать 0,7 0,3 больше 81, чем его исхолное солержание.
Часть Мв при этом рас- ходуется на восстановление 81 — следовательно, имеет место легн- рование при сварке. Я, % (мас.) 0,4 Мп, % (мас.) 0,8 10.1.4. Степень легирвваиин швов при сварке пад флюсам При механизированной дуговой сварке пол фюосом почти не происходят помри мепшла и оценить изменение химического состава матюша шаа очень удобно по так называемому исходному составу. По шлнфу (макроструктуре) определяют площадь сварного шва и, зная рюдслку иод сварку, находят соотношение количеств расплавленного основного металла ш и наплавлениого электродного металла и, а затем по известным составам проволока н основного металла нююлят расчетное содержание компонентов а металле шва, прпхполагюк по никаких потерь элементов в результате химических реакций не было: [х =т[х] +л[х[„ (10.5) гле [х[ — расчетное содержание компонента в металле шва; [х[»вЂ” содерманне компонента в основном металле; [х[» — содержание компонента в элеатродном мешляе.
Если сделать химический ююлзю сварного шва, то фактическое содерзкание компонента х в металле шва [х[ш не совпапмт с его расчетным содержанием. Если [х[ж — [х[ = Л[х[ з О, то лро»скор днт легнрование, а сели [х[м — [х[р = Л[х[ < 0 — выгорание, что хашзктерно для углерода или акпюных металлов (А), Т() в стали. Степень легироваюю различнымн компонентами зависит от сосгюю флкюа. На рис. 10.3 привелены графики перехода марганца н кремния в металл в зависимости ог основностн флюса В (см. (9.28)).
Как следует из приведенных графиков, переход кремния эффективнее нз кислых шлаков, а перехол марганца — из основных. На рис. 10.4 приведены данные по переходу марганца в завзюнмостп от содержания МпО во флзосе лри одинаковой основиости флюса. Флюсы, содержащие менее 10 % МпО, содействуют переходу марганца из металла в ишак (Л[Ып) к О), а прн содермании МпО свыше 10% начинается переход марганца нз шлака в металл.
Однако при 478 0,6 0,2 0,5 О.1 0,4 О 1,0 1,5 2,0 В 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 В л 6 Рпс. 10.ь Ваиянис основности флюса В па переход 81 (а) и Мп (6) нз флюса а металл япм (ппдексом «юг обозначено расчетное солсржшие элемсгпа в металле шаа) содержании МпО ао флюсе свыше 35 % перехол маргаипа осшегся пржапчсскн постоянным. Для оценки химической активности А и степени лепзровапня главиымн Мп; %, % (ию.) ком понентамн (ВзОь МпО) НЗ Е Потаповым предложеюм 0"8 (Мп) слслуюшне уравнснюс (%$!О ) 0,6 (Мп)» Аз. 2 0.5 100В 0,4 0,42(% Мпо)В (81)п мто Здесь (% РАО) и (% МпО) — 0,1 массовме доли компонентов в юлеке  — основность шлака (см.
(9.28)), Сумму активно- МпО, % (мас.) степ Аз;гз и Аьг„гз Н.Н. Пота- Рлс. 10.4. Переход Ма из фшоса 102 пов принимаю за коэффици- во флюсе ент химической акпюностн флюса, т. е. (з% ВООз)+0,42В (% МпО) 1ООВ который представляет собой функцию состава флюса и сильно зависит от его основносги В. 2.2.3. Идеальная плазма. Плазменный параметр Принято различать идеальный и реальный газы. Критерием идеальности является малосп 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 часпгцами подчинено закону Кулона, Для кулоновского взаимодействия частиц критерий идеальности записывается в виде е I гср - е и «)гТ. С этим выражением связана 2 !!3 следующая важная характеристика плазмы: е е4кел = — ' к!. г ЯТ гш(Т4К л уог 2 2 Здесь величина 9 называется лаазненныи ларинетрогг, и условие применимости гаэовоп! приближенна плазмы (идеальной плазмы) сводится к требованшо 9«!.
Неравенспю (2.12) означает, что среднее расстояние между эаряженнымн частицами в плазме должно быль значительна меньше дебаевского радиуса экранирования. Таким образом, критерий ндеавьности 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 гп должно быть велико. В плазме газовых разря- -2 дов неравенство (2.12) выполняется с большим запасом: Т, < 10 Вследствие высоких температур платность частиц в сварочной плазме, несмотря иа сравнительно высокие давления р, настолько мала, что практически для нее можно считать справедливыми уравнения идеального газа, в том чисве уравнение, выражающЕе основной закон газового состояния для 1 моль юза, рР= 7(Т. (2.13) Его удобно записать в виде р= ляТ, (2.14) где л = л + и; + и„; 8 = ЮЛ!; и = МЛ'! й = 8,31 Дж/(моль К)— 23 -! универсальная газовая постоянная; Л! — — 0,02 1О моль - число Авогадро.
5 При атмосферном давлении (р =!0 Па) получим зависимость р 7,34 1023 концентрации частиц от температуры: п= — = ' . Если (Т Т 7,34 1О 25 7' 300 К, то л= ' = 2,7 10 м . Это так называемое 300 чисдо Лошмидта. В плазме сварочной дуги при р =- 10 Па и Т = 5 = 6000 К, несмотря на ионизацию, общее число частиц в 1 м 3 уменьшитсяпочтив20раэ,т.е,л=!,2 1О м 24 -3 Отступления от модели идеального газа для плазмы связаны с двумя явлениями, существующими только при больших концентрациях заряженных частиц: электрическим взаимодействием между ними и так называемым вырождением.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
