 |
3.3. Особенности металлургических процессов при различных видах сварки
|
|
|
|
При сварке под флюсом сварочные флюсы необходимы для изоляции сварочной ванны от атмосферы, стабилизации дугового разряда, формирования поверхности сварного шва и получения заданного состава и определённых свойств у наплавленного металла.
Флюсы, используемые при сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей, предназначены для раскисления и легирования металла марганцем и кремнием.
Флюсы, применяемые при сварке легированных и высоколегированных сталей, должны обеспечивать минимальное окисление легирующих элементов в сварном шве. Для этого используются плавленые и керамические низкокремнистые, бескремнистые и фторидные флюсы.
Легирование металла в случае применения плавленых флюсов осуществляется марганцем, получаемым в результате разложения его оксидов при высоких сварочных температурах.
Легирование с помощью керамических флюсов осуществляется в результате прямого перехода легирующих элементов из ферросплавов в сварочную ванну.
Флюсы для сварки алюминия и его сплавов, легкоплавкие и химически нейтральные по отношению к жидкому металлу сварного шва, должны иметь малую плотность. Используются флюсы на основе фторидов и хлоридов щелочных металлов.
Для предотвращения образования пор в сварном шве влажность флюсов должна составлять 0, 05-0, 10%, поэтому перед употреблением их нужно сушить при температуре до 900оС.
Дуговая сварка в защитных газах. В качестве защитных газов используют инертные (аргон, гелий) и активные газы или их смеси (углекислый газ, азот, водород, смеси аргона с кислородом, водородом, азотом или углекислым газом).
Наличие свободного кислорода в газовой атмосфере при термическом разложении углекислого газа приводит к снижению содержания углерода в металле шва и окислению металла (в этом случае требуется добавка в зону шва раскислителей). Избыточное количество кислорода в смесях уменьшает разбрызгивание металла.
|
|
|
При аргонодуговой сварке неплавящимся электродом присадочный пруток или проволоку подбирают по их соответствию химическому составу свариваемых заготовок.
При сварке в углекислом газе под действием высокой температуры дуги углекислый газ диссоциирует на оксид углерода и свободный кислород. Выделяющийся кислород окисляет железо (образуется растворимый в жидком металле оксид железа FeO), легирующие элементы и нерастворимые в жидком металле оксиды элементов, входящих в состав свариваемой стали. При взаимодействии с углеродом FeO образует нерастворимый в металле оксид углерода СО. В результате металл сварного шва содержит поры и обладает плохими механическими свойствами.
Для предотвращения пористости сварного шва используют электродную проволоку с повышенным содержанием раскисляющих примесей (марганец и кремний) марок Св-08ГС, Св-08Г2С и т. п. Применение раскислителей позволяет восстановить железо. Образовавшиеся оксиды (MnO, SiO2) располагаются в виде тонкой шлаковой корки на поверхности сварного шва, имеющего в данном случае хорошие механические свойства.
Газовая сварка. Все горючие газы, содержащие углеводороды, при сгорании образуют сварочное пламя, состоящее из ядра, восстановительной зоны и факела. В восстановительной зоне содержится в основном оксид углерода, образующийся от сгорания ацетилена:
C2H2 + 2, 5O2 = 2CO2 + H2O
Факел состоит из углекислого газа и паров воды, образующихся при сгорании в кислороде углерода и водорода, поступающих из восстановительной зоны и из воздуха:
2C + 2H2 + 3O3 = 2 CO2 + 2H2O
При сварке нормальным пламенем сварочная ванна контактирует в основном с водородом и оксидом углерода, образующимися в восстановительной зоне сварочного пламени. Обычно оксид углерода не успевает вступить в химическую реакцию с легирующими элементами стали.
|
|
|
При высоких температурах водород растворяется в расплаве железа. В процессе охлаждения сварочной ванны водород выделяется из расплава, поступает в факел сварочного пламени и сгорает с образованием паров воды. При сварке медных и алюминиевых сплавов, а также высоколегированных сталей выделение водорода приводит к растрескиванию сварного шва и образованию в нём пор.
При сварке окислительным пламенем железо интенсивно окисляется:
Fe + O = FeO
Оксид железа FeO окисляет легирующие элементы и углерод, и происходит частичное восстановление железа:
Si + 2FeO = SiO2 + 2Fe;
Mn + FeO = MnO + Fe;
Fe3C + FeO = CO↑ + 4Fe
Оксиды марганца и кремния могут оставаться в металле сварного шва или всплывать на поверхность сварочной ванны и переходить в шлак. Если содержание марганца, кремния и углерода в сварочной ванне мало, то полного восстановления железа не происходит, что препятствует улучшению механических свойств сварного шва.
При сварке науглероживающим пламенем оксид углерода и свободный углерод реагирует с железом, образуя его карбид:
3Fe + 2 CO = Fe3 + CO2;
3Fe + C = Fe3C
Т. о., происходит науглероживание железа. Эти химические реакции позволяют с помощью науглероживающего пламени выполнять сварку чугуна.
|
|
|
