Неровный В.М. Теория сварочных процессов (841334), страница 74
Текст из файла (страница 74)
Не растворима в Ге. з Закись железа ГеО (Т„„= 1643 К; р = 5900 кг!м ) — относительно слабый основной оксид, образующий комплексные соединения с кислотными оксидами (силикатами, титанатами, боратами и др.). Вступает в обменные реакции с элементами, у которых большое сродство к кислороду.
Расгворима в шлаке и металле. 4!9 Т, К 1900 Т, К 1600 1800 1400 1200 1700 Т,К Т,К 2100 Рис. 9.21. Диаграмма состояния шлаковой системы солеоксидиого типа СаΠ— СаЕ~ Рис. 9.20. Диаграмма состояния шлаковой системы солсвого типа СаГ2 — ХаГ 1976 1900 1743 1700 !600 1564 !520 1500 420 421 Диоксид титана ТРО2 (Т„„= 2123 К; р = 4200 кгlм ) — кис- 3 лотный оксид, образующий с основными оксидами легкоплавкие подвижные комплексы — титанаты. Способствует получению короткого шлака, обладающего высокой газопроницаемостью. Не растворим в сталях. Фосфорный ангидрид Р205 — кислотный оксид, образующий комплексные соединения с СаО, а также с другими оксидами.
Не растворим в металлах. 9.3.3. Основные системы сварочных шлаков В зависимости от состава сварочные шлаки можно разбить на три типа: шлаки оксидного типа, представляющие собой соединения оксидов различных металлов; шлаки соленого типа, состояшие из фтористых и хлористых солей щелочных и щелочноземельных металлов; шлаки оксидно-солевого типа, состояшие из солей и оксидов. Большинство шлаков любого типа состоит из основы, или «скелета», и добавок, или примесей. Основа шлаков представлена двойной или тройной шлаковой системой, т.
е. сочетанием двух МпО 20 40 60 80 800ь % (мас.) Рис. 9.19. Диаграмма состояния шлаковой системы оксидиого типа Мпо — 8(О иди трех главных компонентов, содержание которых в шлаке составляет более 10 ',6. Изучают такие системы обычно с помощью диаграмм состояния, которые строят для двойных или тройных систем. Так как шлаковые системы часто имеют сложный состав, выбирают основную тройную систему и затем устанавливают влияние на нее остальных составляющих шлака. Ряд диаграмм состояния для двойных систем разного типа представлен на рнс. 9.19 — 9.21.
Из анализа диаграммы состояния двойной системы МпΠ— Б!02 (см. рис. 9.19) следует, что несмотря на высокую температуру плавления каждого компонента (соответственно Т > 2200 и 2000 К) их смесь в определенной пропорции является весьма легкоплавкой 1600 СаГз 20 35 40 60 80 СаО 40 60 80 )чар, % (мас.) Сари % (мас.) (1573 К), что используется при разработке соответствующих сварочных флюсов.
Тот же эффект отмечается в других системах; Жар — Сарз (см. рис. 9.20) и СаΠ— СаГ2 (см. рис. 9.21). Однако для достижения всего комплекса технологических свойств флюсы должны содержать значительно большее количество компонентов. При добавлении третьего компонента (СаГ2) температура плавления еще снижается и становится существенно меньше температуры плавления сталей.
Для описания тройных систем применяют так называемые псевдобинарные диаграммы плавкости. Их получают путем рассечения тройной диаграммы плоскостью, в которой содержание одного компонента трехкомпонентной системы Рис. 9.22. С . 2. Схематический вид поверхности плавления шлаков трехкомпоиеитной системы СаΠ— %0г — А1гОг поддерживают постоянным.
В действительности, например в трех- компонентной системе СаΠ— ЯО2 — А1203, поверхность (рис. 9.22), соединяющая температуру плавления отдельных составов, является весьма волнистой, с множеством впадин, соответствующих составам эвтектик. пения недостаточно, так как металл теряет некоторые полезные примеси в результате не только окисления, но и прямого испарения под действием высоких температур. Для компенсации этих потерь, а также для введения в наплавленный металл специальных добавок различных элементов (с целью повышения качества металла) параллельно с раскислением осуществляют легирование и модифицирование металла.
Одновременно необходимо рафинировать металл, т. е. очищать его от вредных примесей (серы и фосфора), попадающих в металл из шлака. Таким образом, взаимодействие газовой и шлаковой фаз с жидким металлом представляет собой сложный комплекс физико- химических процессов, из которых важнейшие — реакции окисления, раскисления, легирования и рафинирования металла. Для улучшения структуры первичной кристаллизации, ее измельчения и упорядочения в металл шва вводят небольшие количества зародышей кристаллитов специальных тугоплавких добавок-модификаторов.
Наиболее сильные из них — ниобий ХЬ, титан Т1, цирконий Уг, ванадий Ч. При электродуговой сварке между расплавленным металлом, шлаком и газовой средой непрерывно происходят процессы интенсивного массообмена. Естественно, что результаты этих процессов прежде всего и самым существенным образом зависят от соотношения взаимодействующих масс. В общем случае влияние взаимодействующих масс металла и флюса на концентрацию элемента в металле шва может быть определено по уравнению материального баланса элемента Э до и после сварки: и, „[Э) „+ и „[Э1 „+ иф(Э)ф — — иаш[Э]~, + иаш(Э)аш, (9.31) 9.4. Массообмен между расплавленным металлом, газовой средой н шлаком Одной из важнейших функций флюсов или электродных покрытий, применяемых при электродуговой сварке, является металлургическая обработка металла шва: его раскисление, легирование,модифицирование и рафинирование.
Вследствие активного развития окислительных процессов при дуговой сварке практически всегда есть потребность раскисления металла. Однако, чтобы получить наплавленный металл требуемого состава с определенными свойствами, одной операции раскис- 422 где и,, и „, иф, и „т „— массы соответственно электродного металла, основного металла, флюса, металла шва и шлака.„ [Э)ам [Эгго.м (Э)ф ~ [Эггш, (Э)шл — концентрации элемента соответственно в электродном металле, основном металле, флюсе, металле шва и шлаке.
Обозначая константу распределения элемента между шлаком и металлом шва (9.32) 423 С,% Р,% Сг;Мп;81,% Рис. 9.23. Зависимость коэффициента эффективности массообмена !) и химического состава металла шва от среднего времени существования металла в сварочной ванне 1,0 0,5 0,8 0,4 У[Э!э „+ [! — У)[Э!... + !3(Э)ф 1+ )32. (9.33) 0,6 0,3 0,4 0,2 0,2 0,1 4 6 т,с (9.34) (9.35) [Э!э = О; [Э!в [Э), [э)ф ' (9.36) 424 425 эи шв в "'э.м "'оэв = У =1 — У и допуская, что тф = т „, оконча- шв шв тшв тельно из (9.31) получаем Таким образом, для расчетного определения химического состава металла шва нужно знать концентрации элемента в исходных материалах, массовые доли основного (1 — у) и электродного (у) металлов в металле шва, относительную массу )) взаимодействующего с металлом шлака и константу распределения Е.
Наибольшие затруднения при расчетах по выражению (9.33) вызывает недостаток надежных данных о значениях Е. В риде случаев Е можно найти через константу равновесия реакции или определить экспериментально. Рассмотрим более подробно смысл и физическую сущность величины [) — коэффициента эффективности массообмена, который оценивается отношением массы флюса, реально участвовавшего в массообмене, к массе расплавленного металла т„,: Здесь эх значительно меньше массы расплавленного при сварке флюса. Дело в том, что только небольшая часть (иногда не более 1О...
15 %) всего расплавившегося флюса или электродного покрытия участвует в массообмене с расплавленным металлом, тогда как большая его часть, защищающая металл от взаимодействия с атмосферой, в контакт с мсталлом капель или сварочной ванны не вступает и, естественно, ни в каких металлургических процессах между металлом и шлаком не участвует. Коэффициент эффективности массообмена [3 находят экспериментально — с помощью метода элемента-«свидетеля». Во флюс добавляют небольшое количество (1...2 %) элемента-«свидетеля».
В качестве «свидетелей» можно брать неокисляющиеся элементы. не взаимодействующие с флюсом, свободно и неограниченно растворяющиеся в металле шва: благородные металлы, никель, в некоторых случаях медь. Желательно также, чтобы элемент- «свидетель» не входил в состав основного и электродного металлов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
