Неровный В.М. Теория сварочных процессов (841334), страница 73
Текст из файла (страница 73)
При большой концентрации в шлаке слабого оксида степень его активности может заметно возрасти. К началу затвердевания шлака после кристаллизации металла шва отдельные его компоненты присутствуют в форме двойных н 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: — тепловыми константами (температурой плавления и размягчения, теплоемкостью, скрытой теплотой плавления и энтальпией шлака); — вязкостью в жидком состоянии и ее изменением с температурой; — газопроницаемостью; — плотностью в жидком состоянии; — показателями, определяюшими отделяемость 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 шлаков 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 температуру образования шлаков при плавлении электродных покрытий или керамических флюсов, представляюших собой механическую смесь измельченных компонентов, связанных обычно раствором жидкого стекла.
Для такого шлака характерна температура плавления смеси оксидов, составляющих его (например, электродного покрытия). Обычно она несколько выше, чем для сплавленного шлака того 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 динамической вязкости ц 416 сварочных шлаков от температуры Т.
ч По ним можно судить об особенно- 45 стах поведения шлаков при переходе из жидкого состояния в твердое. 3 5 Кривая 1, соответствующая «коротким» шлакам, показывает, что их 2,5 3 вязкость почти постоянна в пределах 1 5 1 4 1473-1873 К и составляет менее 0,2 Па.с. При температуре около 0,5 1373 К вязкость «коротких» шлаков резко повышается и они затвердевают. Перепад температур по толщи- Рис. 9.18. Зависимость лине шлаковой корки приводит к тому, намической вязкости от темчто «короткий» шлак быстро затвер- пературы для расплавлендевает вблизи поверхности, оставаясь нмх флюсов; жидким в зоне соприкосновения с с ! АН 22' 2 АН 348-А 3 кристаллизуюшимся металлом и обеспечивая свободный выход газов из металла и формирование шва. «Короткие» шлаки относятся к основным шлакам.
Кривая 2 (см. рис. 9.18) соответствует «длинным», более густым шлакам, вязкость которых медленно снижается в интервале 1573...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 кристаллизуются, а переходят в стекловидную аморфную массу. «Длинные» шлаки — это обычно кислые силикатные шлаки.
Чем больше содержание Я02 в шлаке, тем выше его вязкость. Однако различные силикаты, входяшие в шлак, могут иметь разную вязкость. Наиболее часто встречаюшиеся в сварочных шлаках комплексы — силикаты по возрастанию их вязкости можно расположить в такой ряд: ГеО . ЯО2, МпО Я02, Ге20з ЯО2, М80 Я02, СаО ЯО2, А120з ЯО2. «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 скорость выделения газов из металла зависит от их давления над поверхностью металла. Если у шлаков плохая газопроннцаемость, 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 мало- вязкие, жидкоподвижные шлаки — высокой газопроницаемостью. В жидкоподвижных шлаках быстрое выделение газов из металла сопровождается попутным захватом частиц шлаковых включений и более полным очищением металла шва.
Поэтому важно умело подбирать соответствующие добавки к шлаку, чтобы влиять на изменение его вязкости в нужном направлении. Отличным разжижителем шлаков, особенно основных, является фтористый кальций СаГ2 (плавиковый шлат). Уменьшают вязкость и такие оксиды, как Т102„К20, На20, МпО, а также хлориды. Особенно благоприятно влияние оксида Т102, который способствует получению «короткого» шлака. Таким образом, для сварки более желательны маловязкие, легкоподвижные, а затем быстро затвердевающие шлаки. Этому условию больше всего удовлетворяют «короткие» (основные) шлаки. После затвердевания шлаки должны быть удалены с поверхности шва.
Насколько легко это сделать — зависит от ряда причин, в том числе и от окислительной способности шлака. Повышенная окислительная способность может резко ухудшить отделяемость шлаковой корки от поверхности шва. Действительно, если концентрация оксидов железа в шлаке повышена, может происходить окисление поверхностных слоев металла вплоть до его затвердевания. На поверхности металла образуется оксидная пленка шлака, состоящая главным образом из ГеО. Кубическая кристаллическая решетка ГеО строится на базе кубической кристаллической решетки уже закристаллизовавшегося шва.
Изоморфность этих двух контактирующих фаз обеспечивает хорошее сцепление (когезию) шлака и металла, но является главной причиной плохой отделимости шлаковой корки. Наличие в шлаковом покрове соединений, кристаплизующихся в той же кубической системе, что и ГеО, приводит, в свою очередь, к достраиванию этими соединениями решетки ГеО, а значит, к достаточно прочному сцеплению шлака с металлом. По кубической системе кристаллизуются соединения типа шпинелей, представ- 418 яошие собой сложные оксиды двух- и трехвалентных металлов (А1, М8, Ге и др), Ввод в шлак 8102 способствует лучшей отделимости шлаковой корки, так как при этом не образуется промежуточных соединений между шлаком и металлом.
9.32. Характеристика важнейших простых оксидов, входящих в состав шлаковой фазы Диоксид кремния — кремнезем 8102 (Тлл = 1983 К; р = 2300...2600 кг!м ) — сильный кислотный оксид, который легко вступает в реакцию с основными оксидами, образуя комплексные соединения — силикаты; 8102 повышает вязкость шлака и спосо- бствует получению «длинных» шлаков. Из расплавленного состояния 810з затвердевает в модификацию — кристобаллит, который при дальнейшем охлаждении переходит в новую модификацию— тридимит — и затем в кварц. Эти превращения сопровождаются выделением теплоты. Диоксид 8102 не растворим в металле. 3 Оксид кальция СаО (Т„„= 2843 К; р = 3400 кг!м ) — сильный основной оксид, образующий комплексные соединения.
Очень термостойкий, диссоциирует весьма слабо. Связывает серу и особенно фосфор, облегчая их переход в шлак. Повышает вязкость шлаков. Не растворим в металле. Полуторный оксид алюминия А!зОз (Тлл = 2323 К; р = = 3600...4000 кг!м ) — амфотерный оксид, реагирующий с кислотными и основными оксидами. Повышает вязкость шлаков, склонен к образованию шпинелей. Не растворим в железных сплавах.
3 Закись марганца МпО(Т„„= 1873 К; р = 4700...5500 кг!м )— основной оксид, образующий комплексные соединения с кислотными оксидами. Связывает серу в сульфид марганца и повышает ее растворимость в шлаке, Способствует некоторому понижению вязкости шлака; однако не влияет на скорость его кристаллизации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
