Процессы металлургии при сварке электродами.

Часть 5

Кроме того, как при использовании карбонатов, газовая защита за счет разложения углеводов сочетается со шлаковой защитой, что позволяет обеспечивать высокие сварочно-технологические свойства. Для надежной защиты от атмосферы воздуха достаточно введение в состав покрытия электродной целлюлозы (1,5 – 2,0% от массы стержня).

Вместе с тем, как и при использовании карбонатов, применение органики защищает от влияния атмосферы воздуха, но не предохраняет металл шва от окисления.

Окисление происходит либо за счет кислорода, содержащегося в образующихся газах (например, в водяных парах), или за счет окисления жидкого стекла оксидами ряда элементов, входящими в состав покрытия сварочных электродов.

Опытным путем установлено, что повышение содержание оксидов железа в шлаке сопровождается закономерным увеличением кислорода в жидком металле. Также известно, что сварка окисленного (ржавого) металла также приводит к росту кислорода в швах.

Для снижения содержания кислорода в наплавленном металле до приемлемого уровня необходимо раскисление жидкого металла (удаление из него кислорода) специальными раскислителями.

Кислород находится в жидком металле, главным образом, в атомарной форме, а также в виде оксидов некоторых элементов.

Элементы, применяемые в металлургии, обладают определенным сродством к кислороду. По степени уменьшения этого сродства их можно расположить в следующий ряд: кальций (Са) – магний (Mg) – алюминий (Al) – титан (Ti) – ниобий (Nb) – кремний (Si) – ванадий (V) – марганец (Mn) – хром (Cr) – молибден (Mo) – вольфрам (W) – железо (Fe) – кобальт (Со) – никель (Ni) – медь (Cu). Чем правее стоит элемент в этом ряду, тем меньшим сродством к кислороду он обладает. Наибольшее сродство к кислороду имеет кальций, наименьшее – медь.

Разница в сродстве к кислороду двух соседний элементов довольно невелика. Если же элементы стоят в ряду достаточно далеко, то разница будет значительной, и в этом случае элемент, стоящий левее, может служить раскислителем элемента, расположенного правее.

Например, для железа раскислителями могут явиться марганец, ванадий, кремний и др. Раскисление железа, формально рассматриваемое как восстановление его из оксида, протекает по реакции

FeО + Mn = Fe + MnО; 2FeО + Si = 2Fe + SiО2 и т.п.

Реакции раскисления не протекают до конца. Степень раскисления зависит от концентрации элемента-раскислителя и температуры. По мере повышения температуры раскисляющая способность элемента снижается, и содержание кислорода, сосуществующего с одной и той же концентрацией элемента-раскислителя, возрастает.

При 1800оС в чистом железе может раствориться 0,485% кислорода (по массе), а при наличии 1% марганца уже только 0,24%, в присутствии 0,1% титана – лишь несколько сотых процента. При температуре 2000 оС в чистом железе может раствориться 0,87% кислорода. Введение раскислителей снижает его концентрацию, но даже при введении 0,3% кремния содержание кислорода будет составлять около 0,2%.

Углерод при относительно низких температурах (1540оС) является сравнительно слабым раскислителем, но, начиная с 1850 - 1900 оС, его раскисляющая способность превышает способность многих элементов.

Практически раскисление наплавляемого металла можно производить:

 -   за счет введения в состав покрытия электродов порошков ферросплавов (сплавов железа с элементами-раскислителями), таких как ферромарганец, ферросилиций, ферросиликомарганец, ферротитан, ферроалюминий и д.р. в специальных случаях применяют металлический марганец и алюминий;

 -  за счет раскислителей, содержащихся в металле стержня с дополнительным введением раскислителей в состав покрытия.

( часть1 - часть2 - часть3 - часть4 - часть5 - часть6 )