Авторский знак. Seosait21.ru Если Ты что-то здесь нашёл, то оставь отзыв. Сломай свою гордыню.
Ваша поддержка Your support

Превращение металла при сварке.

При электро-дуговой сварке металлов происходят обычные металлургические процессы как бы в маленьком масштабе. Вот, и рассмотрим теоритеческие изложения этих физико-химических процессов в разрезе сварочного дела.

Выделяем следующие основные металлургические моменты при электро-дуговой сварке:

 --- Малый объем сварочной ванны и большие количества реагирующих фаз в сварочной ванне.
 --- Высокие температуры в различных областях сварочной зоны и большой перегрев расплава в ванне.
 --- Движение жидкого металла, интенсивное перемешивание расплавленных продуктов и
                              их непрерывное обновление и обмен в сварочной ванне.
 --- Высокие скорости охлаждения и кристаллизации наплавленного металла.

В при сварке наблюдается активное взаимодействие расплавленного металла с окружающей газовой средой и флюсами, нагретыми до очень высоких температур и происходит с большой скоростью. Поэтому эти процессы не доходят до полного завершения и большинство реакций в сварочной зоне не достигает равновесного состояния. Создаются условия, препятствующие очищению металла шва от различных неметаллических включений, оксидов и газов, которые не успевают выходить на поверхность сварочной ванны и удаляться в шлак. Высокие скорости охлаждения и кристаллизации металла приводят к мелкозернистой структуре, уменьшению химической неоднородности. В итоге получаем сварные швы с более высокими прочностными характеристиками.

Имеющие место металлургические процессы связаны с протеканием определенных химических реакций - окисление или раскисление металла шва, легирование его определенными элементами, растворение и выделение в шве газов. Некоторые из них ведут к ухудшению свойств получаемых соединений и являются нежелательными( окисление), другие способствуют повышению качества и свойств соединений - раскисление.

При диссоциации происходит распад сложных компонентов на атомы. Диссоциации способствуют высокие температуры в зоне сварки и каталитическое действие расплавленного металла. При дуговой сварке распаду в начале подвергаются молекулы газов как простых - кислород, азот, водород, так и сложных - углекислый газ СО2, пары воды Н2О. Кислород и водород при температурах дуги полностью диссоциируют на атомы, азот распадается в меньшей степени. Водяной пар может окислять или восстанавливать металл сварочной ванны. Диссоциации подвергаются и сложные соединения. В электродных покрытиях и флюсах содержится плавиковый шпат CaF2. При высоких температурах он разлагается. Атомы фтора, соединяясь с электронами, превращаются в ионы с малой подвижностью. Происходит снижение проводимости дугового промежутка и ухудшение стабильности дуги. Но атомы фтора способны связывать водород в молекулы HF, не растворяющиеся в металле ванны, уменьшая насыщение металла шва водородом. В состав покрытий электродов входят карбонаты СаСО3. Разлагаясь при высоких температурах, карбонаты СаСО3 выделяют углекислый газ, который распадается с образованием кислорода. Находясь в атомарном состоянии, газы становятся химически активными и, реагируя с металлом, резко ухудшают его качество.

Металл сварочной ванны окисляется за счет кислорода, содержащегося в газовой среде и шлаках в зоне сварки. Окисление происходит и за счет оксидов (окалины, ржавчины). При нагреве имеющаяся в ржавчине влага испаряется, молекулы воды диссоциируют - кислород окисляет металл. Окалина при плавлении металла превращается в оксид железа с выделением свободного кислорода. При недостаточной защите сварочной ванны окисление происходит за счет кислорода воздуха. Большую опасность для качества шва представляет оксид FeO, способный растворяться в жидком металле. Этот оксид обладает температурой плавления меньшей, чем у основного металла. Поэтому при кристаллизации металла шва он затвердевает в последнюю очередь. В результате он располагается в виде прослоек по границам зерен, что вызывает снижение пластических свойств металла шва. Чем больше кислорода в шве находится в виде FeO, тем сильнее ухудшаются его механические свойства. Высшие оксиды железа не растворяются в жидком металле и, если они не успевают всплывать на поверхность сварочной ванны, остаются в металле шва в виде шлаковых включений. Железо может окисляться и за счет кислорода, содержащегося в СО2 и парах воды Н2О. В ходе сварки кроме железа окисляются - углерод, кремний, марганец. При переходе капель электродного металла в сварочной дуге окисление элементов происходит в результате взаимодействия их с атомарным кислородом газовой среды дугового промежутка: С + О= СО, Мn + О= MnO, Si + 2O= SiO2. В сварочной ванне элементы окисляются при взаимодействии их с оксидом железа. Окисление данных элементов приводит к уменьшению их содержания в металле шва. Образующиеся оксиды остаются в шве в виде различных включений, значительно снижающих механические свойства сварных соединений, особенно пластичность и ударную вязкость металла шва. Повышенное содержание кислорода уменьшает стойкость против коррозии, повышает склонность к старению металла, сообщает ему хладноломкость и красноломкость. Потому для получения качественного металла шва предупреждают окисления его в первую очередь путем создания различных защитных сред.

Применяемые при сварке защитные меры не всегда обеспечивают отсутствие окисления расплавленного металла, потому-то требуется его раскислить. Раскислением называют процесс восстановления железа из его оксида и перевод кислорода в форму нерастворимых соединений с последующим удалением в шлак. Окисление и раскисление, в сущности, представляют два направления протекания одного и того же химического процесса. В общем случае реакция раскисления имеет вид FeO + Ме= Fе + МеО, где Me - раскислитель. Раскислителем является элемент, обладающий в условиях сварки большим сродством к кислороду, чем железо. В качестве раскислителей применяют кремний, марганец, титан, алюминий, углерод. Раскислители вводят в сварочную ванну через электродную проволоку, покрытия электродов и флюс. Оксид кремния плохо растворяется в железе и всплывает в шлак. Раскисление кремнием сопровождается реакциями образования более легкоплавких комплексных силикатов марганца, кремния и железа, которые лучше переходят в шлак. Марганец, кремний и титан вводят в сварочную ванну через электродную проволоку, легируя ее через покрытие электрода или флюс, вводя соответствующие ферросплавы. Раскисление углеродом: FeO + С = Fe + CO. Образующийся оксид углерода выделяется в атмосферу в газообразном состоянии, вызывая сильное кипение сварочной ванны и образуя поры в шве. Для получения плотных швов реакцию раскисления углеродом стопорят введением в сварочную ванну раскислителя кремния.

Азот воздуха в электрической дуге разогревается и частично диссоциирует. В атомарном состоянии азот растворяется в жидком металле. В процессе охлаждения азот выпадает из раствора и взаимодействует с металлом, образуя ряд соединений -нитридов Fe2N, Fe4N. Атомарный азот может соединяться и с кислородом, образуя оксид азота NO, который, растворяясь в каплях электродного металла, переходит в сварочную ванну. Содержание азота в металле шва вредно влияет на его механические свойства, особенно пластичность. Насыщение металла азотом способствует образованию газовых пор. Снижение азота проводят для защиты расплавленного металла от воздуха или введения в него химических элементов, удаляющих азот в виде неметаллических включений.

Водород попадает в зону сварки из влаги покрытия электрода или флюса, ржавчины на поверхности сварочной проволоки и детали, из воздуха. Атомарный водород хорошо растворяется в жидком металле, и с увеличением температуры нагрева растворимость увеличивается. При охлаждении и кристаллизации сварочной ванны выделяющийся водород не полностью удаляется из металла шва и образуются газовые поры. Атомы водорода, проникая в имеющиеся полости в затвердевающем металле, приводят к повышению в них давления, развитию в, металле внутренних напряжений и образованию микротрещин. Снижение газонасыщения швов проводят за счет качественной защиты расплавленного металла при сварке очисткой и прокалкой свариваемого и сварочных материалов.

Сера является вредной примесью в сталях. В сварочную ванну она попадает из основного металла, сварочной проволоки, из покрытия электродов или флюса. В металле сера может находиться в виде соединений - сульфидов. Особо вреден сульфид железа FeS, хорошо растворимый в железе. Наличие в металле шва серы снижает его механические свойства и способствует образованию трещин. Поэтому десульфурация, очистка металла от серы, имеет целью уменьшение общего содержания серы в шве и особенно FeS. Десульфурацию проводят введением в сварочную ванну элементов, имеющих большее сродство к сере, чем железо. Образующийся сульфид элемента должен плохо растворяться в металле и хорошо в шлаке. Таким элементом является марганец, обладающий большим сродством к сере. Сульфид марганца не растворяется в металле, имеет малую плотность и легко всплывает в шлак сварочной ванны.

Фосфор вредная примесь в сталях. Попадает как и сера. В металле фосфор находится в виде соединений - фосфидов железа с температурой плавления ниже, чем у железа 1170°С. Фосфор в металле шва располагается по границам зерен в виде легкоплавкой прослойки и приводит к сильной неоднородности металла, росту зерен и снижению пластичности, особенно при низких температурах, вызывая хладноломкость металла. Удаление фосфора проводят его окислением и последующим связыванием в прочное соединение, удаляемое в шлак.

далее Кристаллизация металла при сварке.

ПОНРАВИЛОСЬ?
ПОДЕЛИСЬ с ДРУЗЬЯМИ: