Учебники по популярным профессиям
на asv0825.ru

Глава 9. Основы сварки стали

       

Взаимодействие металла со шлаком и газами

Распавляемое при сварке электродное покрытие кроме шлака выделяет газы, осуществляя, таким образом, газошлаковую защиту металла. В зависимости от состава покрытия или флюса может выделяться значительное количество газа и меньшее крдичество шлака, или наоборот. В первом случае покрытие называют газозашитным, а во втором — шлакозащитным. Обычно применяют смешанную защиту. Металлургическая обработка металла выделяющимися при сварке шлаком и газами заключается в процессах раскисления, легирования и рафинирования металла шва.

Раскисление — это освобождение стали от кислорода, попадающего в ванну из воздуха, покрытий и других источников. В процессе сварки происходит осаждающее раскисление, при котором удаление кислорода из расплавляемого металла капли или ванны осуществляется реакциями с другими элементами, более активно взаимодействующими с кислородом, чем железо. Удаление кислорода происходит путем восстановления железа из оксида FeO по реакциям:

При этом МпО и SiO2 переходят в шлак, а СО — в атмосферу. Процесс идет беспрерывно: окисление Fe идет в передней части ванны, где температура более высокая, а восстановление железа из оксида — в задней части, где температура более низкая. Наряду с осаждающим раскислением происходит процесс диффузионного раскисления путем реакции между оксидом железа и другими оксидами

FeO, таким образом, связывается в стойкий силикат, который переходит в шлак. При большом содержании в шлаке силиката кремния реакция может пойти в обратную сторону, и металл будет окисляться, растворяя FeO. Поэтому содержание SiO2 в шлаке должно быть в количестве, необходимом для диффузионного раскисления. Следует иметь в виду, что SiO2 делает щлак «длинным», малоподвижным и ухудшает его газопроницаемость. При необходимости добавляют в покрытие другие материалы, повышающие жидкотекучесть шлака. Из приведенных выше химических реакций видно, что раскисление металла при сварке осуществляется при введении в покрытие химических элементов-раскислителей: Мп, Si, Al, Т и др. в виде порошка или ферросплавов (сплавов с железом), а также при увеличении содержания этих элементов в электродных стержнях.

Легирование металла шва различными полезными примесями для улучшения его качества осуществляется путем введения полезных элементов в электродные стержни или проволоку, а также в состав электродного покрытия. Такие элементы, как кобальт, никель и др., полностью усваиваются наплавленным металлом. Элементы Мn и Si, участвующие в раскислении, при их достаточной концентрации в шлаке в электродном металле также частично усваиваются, переходя в сварной шов.

Рафинирование металла шва заключается в освобождении его от вредных примесей, главным образом от серы и фосфора, которые попадают в ванну из основного металла, электродного стержня и покрытия, проволоки и флюса. Сера может остаться в шве в виде сульфида железа FeS, располагаясь между кристаллами стали. Это приводит к появлению горячих трещин в стали. Фосфор, находясь в шве в виде фосфидов Fe3P и Fe2Р, снижает его ударную вязКбсть, особенно при низкой температуре, поэтому удаление из шва серы и фосфора необходимо. Это осуществляется путем связывания серы и фосфора в химические соединения, не растворимые в стали и удаляемые в шлак, по реакциям:

При этом MnS, CaS и Ca3P2O8 переходит в шлак. Следует контролировать состав применяемых для уварки материалов (металла, покрытия, флюса) и не допускать содержания в них серы и фосфора выше норм, установленных стандартами. Металл шва, выполненного электродами с защитным покрытием нли сваркой под флюсом, обладает высоким качеством. Если в мартеновской кипящей стали кислорода содержится 0,01—0,02 и азота 0,001—0,008 %, а в металле, наплавленном незащищенной дугой, соответственно 0,2—0,7 и 0,12—0,18 %, то в металле, наплавленном защищенной дугой электродами УОНИИ-13/45, кислорода содержится не более 0,02—0,03 и азота 0,02—0,05 %; при сварке под флюсом их содержится еще меньше.

Показатели механических и других свойств наплавленного металла обычно выше показателей основною металла, поэтому сварное стыковое соединение, как правило, равнопрочно основному металлу. При сварке неплавящимся вольфрамовым электродом в инертном газе (аргоне или гелии) металлургический процесс протекает без участия элементов, поступающих из воздуха или из электродного покрытия. Возможно только взаимодействие с оксидом железа FeO, находящимся в стали и в присадочной проволоке, а также с водородом, растворенным в стали или находящимся на ее поверхности в виде влаги и ржавчины. При взаимодействии FeO с углеродом образуется СО, который вызывает пористость. Этому способствует водород, его растворимость в ванне повышается с уменьшением ее раскисленности (отсутствие раскисляющих элементов Мп, Si и др.).

При кристаллизации водород не успевает выделиться, образуя поры. Для борьбы с пористостью при аргонодуговой сварке вводят в ванну присадочную проволоку с увеличенным колччеством элементов раскислителей. Применяют также смеси газов, добавляя в состав аргона 10—15 % углекислого газа или 5 % кислорода. Эти добавки бурно окисляют углерод, вызывая кипение ванны, в результате чего пузырьками газа выносится СО и Н2 в атмосферу. Кроме того, кислород уменьшает поверхностное натяжение капель металла, перенос их становится мелкокапельным или даже струйным, что наряду с уменьшением содержания водорода способствует лучшему формированию шва. Кислород также соединяется с водородом, образуя не растворимые в стали соединения, уходящие в шлак.

Рейтинг@Mail.ru
Рейтинг@Mail.ru