Неровный В.М. Теория сварочных процессов (841334), страница 76
Текст из файла (страница 76)
Этот способ переноса выгодно отличается минимальным перегревом присадочного металла и наиболее высоким коэффициентом перехода легирующих элементов. Перенос присадочного металла при электронно-лучевой сварке также состоит в капельной подаче присадки через луч в сварочную ванну. Кроме того, применяют способ сварки, при котором происходит проплавление свариваемого металла и подкладки, интенсивное перемешивание в сварочной ванне, вынос ее нижних слоев и на поверхность, т.
е, создание усиления шва. 9.6. Источники водорода при сварке под флюсом Этот вид сварки, выполняемый в изолированной от атмосферы газовой полости, обеспечивает надежную защиту металла шва лишь от азота, входящего в состав атмосферы. Среднее содержание азота в швах, полученных при сварке ниэкоуглеродистых сталей, обычно составляет 0,02;4. Такой уровень азота не играет серьезной роли в металлургических процессах, в том числе при образовании пористости швов. Более существенным является присутствие в шве водорода и кислорода, которые попадают в зону сваривания разными путями: — с атмосферной влагой; — с влагой флюса, входящей в состав его соединений, адсорбированной на поверхности зерен, а также внутри них в результате 430 СО+ Н20 = СОг+ Нг, Ме+ Н20 рг МеО + Нг (9.40) 2ЕеО ь НгО = Еег03+ Нг, Ме+ 2Н20 ~-г МеО+ ОН+ 3Н.
Учитывая зависимость растворимости от температуры, полагают, что поглощение водорода происходит на ад на стадии капли; в сварочной ванне, наоборот, идет дегазация. Растворимость водорода зависит как от температуры, так и от парциального давления согласно законам Генри и Сивертса. Влияние этих двух факторов учтено в уравнении А.Н. Морозова: 1745 18К = 0*518 рн + 0 89. Н2 ' 2 Г (9.41) Кроме того, на растворимость водорода в железе влияют легирующне элементы. Титан, ниобии, циркон ий повышают ее, так как образуют с водородом прочные гидрид .
Дру ы. Д гие элементы- 431 мокрой грануляции флюса (дробления жидкого флюса струями воды); — с влагой в составе ржавчины или других поверхностных оксидов (Еег03 2Н20, А1г03 2Н20); — с основным металлом и сварочными материаламн, содержащими некоторое количество водорода (О, ... ). ,5...3 см !100 г). В висимости от температуры газовой фазы водород может за находиться в молекул улярном, атомарном нли ионизированном стояниях. В расплавленных флюсе н шлаке водород содержится в виде ионов ОН.
Растворению водорода в железе предшествует процесс его окисления оксидами Ре: 2РеО +Нг=Ееж+Ре +20Н. (9.39) Переход водорода нз жидкого шлака в металл сварочнои ванны сопровождается разр я разрывом связи 0 — Н. Основной источник водорода — водянои пар — в з — оне столба дуги диссоциирует. Из расчетов степени термической диссоциации водяного пара прн температурах, равных те х температуре капель электродного металла (ниже 4000 К), следует, что она не превышает 70 Уо. Более полное разложение водяного пара происходит при его взаимодействии с металлом и шлаком по реакциям: раскислители: марганец, никель, хром косвенно влияют на растворимость водорода в железе, связывая кислород в оксиды, а угле 3 род, кремний, алюминий снижают ее до 40 см /100 г. Таким образом, жидкое железо может поглощать значительное количество водорода (см.
рис. 9.6, 6) даже при низком парциальном давлении, Особенно велика концентрация водорода при многопроходной дуговой сварке под флюсом в условиях максимального перегрева металла. В твердом металле шва остаточная концентрация водоро- 3 да достигает 1О см !100 г, а основная масса водорода успевает выделиться из металла в результате десорбции в условиях замедленной скорости охлаждения шва под шлаковой коркой. Присущее всем металлам негативное влияние водорода заключается в том, что при кристаллизации образуется пористость по реакции 2[Н] = Н2.
Возникновение при охлаждении молекулярного волорода, не растворимого в металле, является главным фактором появления пор в шве. Закономерности образования межфазной поверхности газ — металл н рост пор, описанные в гл. 8, подтверждают, что скорость роста пузырьков определяется степенью пересыщения сварочной ванны газами и диффузией атомов газов в зародыш из прилегающих микрообъемов. При локальном пересыщении жидкости у фронта кристаллизации зарождение и развитие пузырьков наиболее вероятны при остановке роста кристаллов, имеющей место в условиях периодической кристаллизации.
Для обычных условий охлаждения сварочной ванны наиболее вероятно образование мельчайших пор у линии сплавления, где средняя скорость роста кристаллитов минимальна. Это чаще всего наблюдается при сварке алюминия, меди и их сплавов. При сварке с флюсовой зашитой металла, включая комбинированную газошлаковую защиту, существенное снижение главно~о фактора — парциального давления водорода в зоне столба дуги достигается путем его связывания в нерастворимые соединения с фтором (НГ) в результате выделения фтора из флюорита СаГ2, входящего в состав флюсов, по реакции (9.42) СаГ2+ 2Н-+Са+ 2НГ. Таким образом, тщательная прокалка флюсов, их хранение в герметичной таре, очистка поверхности металла и электродной проволоки от ржавчины и масла способствуют уменьшению водородного 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 Гез04 и ржавчина Ге2О3.2Н20), диссоциируюшие при дуговом нагреве (с выделением свободного кислорода) или вступающие с жидким железом в реакции: Гез04+ Ге = 4ГеО, Ге203 + Ге = ЗГеО; (9.43а) (9.436) — во флюсе есть воздух и влага, диссоциирующая при сварке и взаимодействующая с жидким железом по реакции Н20 + Ге ~ э [ГеО] + Н2, (9.44а) — при дуговой сварке происходит выделение на аноде кислорода по реакции 2(ОН) +[Ге] ~ ~(Ге )+(О )+2[Н], (9.446) а на катоде — водорода по реакции Н + е ~ ~[Н].
(9.45) Кроме того, кислород попадает в жидкий металл ванны при прямом взаимодействии Геж с химически активными оксидами жидких шлаков в результате обменных реакций, например (9.46) (8102)+ 2Ге р2 2 (ГеО)+ [81]. (Мео) [МеО] (9.47) В результате реакции (9.46) жидкий металл одновременно окисляется и легируется (обычно кремнием или марганцем). Термоди- Таким образом, в шлаке возникает закись железа ГеО, которая растворима в жидком железе.
Если оксид, растворимый в металле, образуется во флюсе-шлаке, то между концентрациями этого оксида согласно закону распределения Нернста устанавливается определенное соотношение 432 433 15 — 24!Х намический расчет, подтверждающий ход этих реакций в указанных направлениях дан в гл. 8 (пример 8.3). Таким образом, кремнемарганцевые шлаки, имеющие большее количество кислотных оксидов (",а ЯОз > а4 МпО), окисляют капли электродного металла при высоких температурах (т.
е. осуществляется первая стадия кремнемарганцевого процесса). Поэтому они считаются активными. Наряду с окислением капли кремнемарганцевые шлаки обогащают металл кремнием и марганцем, которые, попадая в более холодный металл сварочной ванны, вызывают процессы раскисления. Если в электродном металле содержатся легирующие элементы с ббльшим сродством к кислороду, чем у железа, то происходит их необратимое окисление при взаимодействии с %02 и МпО. Поэтому при сварке легированных н высоколегированных сталей недопустимо применение кремнемарганцевых флюсов, которые хотя и имеют хорошие сварочно-технологические свойства, но весьма активны, так как содержат термически малопрочные оксиды %02 и МпО, выделяющие кислород в обменных реакциях.
Ввод термически более стойких кислотных оксидов А!203 и ТЮз позволяет несколько снизить активность флюсов, но вызывает другие реакции окисления (с участием углерода и кремния) и восстановление алюминия и титана, переходящих в металл шва из флюсов. Однако окисление А!з03 и ТЮ2 происходит при более высоких температурах и по более сложной схеме: — восстановление алюминия и титана из А1303 и ТЮз кремнием; — окисление легирующих элементов (С, %, Мп, Сг) кислородом, выделяющимся при частичной диссоциации А1303 и ТЮ3, — образование в наплавленном металле остаточного кислорода (входившего в состав А1203 и ТЮ2), т. е. создаются включения. Такой же результат имеет место при вводе кислотного оксида УлОг.
Итак, с увеличением количества кислотных термостойких оксидов в составе флюса (А1203, Хз02, ТЮ2) усиливаются процессы окисления легирующих элементов (Сг, %, Мп, )з(Ь) и восстанавливаются металлы Уг, А1, Т1 из нх оксидов. При 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 ферритизатора и стабилизатора ферритной фазы в аустените — ниобия ХЬ происходит с участием диоксида кремния %03, а также его монооксида %0 по следующим реакциям; 4 2 — (Сг)-~ 2(%03) ~ ~(Сгз03)шл+ 28Югаз' 3 3 4 2 — (ЫЬ) > 2(%02) ~~ — (ХЬ205)шл " 2%0газ.
5 5 (9.48) 9.8. Переход вредных примесей из флюса в металл гцва Под воздействием шлака в шве изменяется как количество вредных примесей — серы и фосфора, так и геометрическая форма их соединений — сульфидов и фосфидов (Ре8, Мпб и др.). Источниками серы во флюсе являются шихтовые минералы типа пиролюзита МпОз, содержащего до 0,25;4 Б, а также магнезит и флюорит. Главным источником фосфора в металле шва является также МпОз, содержащий до 0,35 а4 Р. В высокомарганцовистых плавленых флюсах содержание серы (и фосфора) обычно составляет 0,1...0,15 а4. В плавленых и керамических флюсах, не содержащих Мп02, концентрация серы не превышает 0,05 'У.
Наибольшее количество серы переходит в металл шва, когда она находится в соединении Ре% хорошо растворимом в жидком железе. Сера и фосфор могут переходить из шлака в металл шва, и наоборот, в зависимости от состава флюса и технологии сварки согласно уравнениям: М= г)з(Б)ф; (Р) = з)г(Р)ф, (9.49) где г)з и г1г- коэффициенты распределения серы Б и фосфора Р между шлаком и металлом.
Присутствие неметаллических включений снижает сопротивляемость металла шва образованию горячих трещин, коррозионную стойкость швов и пластичность сварных соединений высоколегированных сталей. В отличие от кислотных оксидов основные оксиды (СаО, М80) обладают достаточной химической стойкостью во всем диапазоне сварочных температур, но не обеспечивают необходимые технологические свойства.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
