ТЕОРИЯ сварочных процессов

Легирование наплавленного металла

Легирование наплавленного металла осуществляется с соблю­дением следующих важных требований:

1) в качестве легирующих следует применять элементы, срод­ство которых к кислороду меньше, чем сродство раскисляющих элементов;

2) наряду с легирующим элементом целесообразно вносить в зону сварки и его оксид, наличие которого предохраняет леги­рующий элемент от выгорания.

Принципиально возможно осуществить легирование металла двумя путями: через металлическую фазу и через шлаковую, (легирование через газовую фазу также возможно, но этот процесс еще мало изучен). При легировании через металлическую фазу ле­гирующий элемент вводят в электродный стержень или присадоч­ную проволоку, а также применяют проплавление легированного основного металла, сопровождающееся переходом соответствующих элементов в сварочную ванну. Легирование через шлаковую фазу предполагает введение легирующих элементов в электродное покрытие или флюсы. Первый путь легирования (через металличе­скую фазу) более эффективен, так как при этом потери легирующего элемента незначительны и коэффициент перехода rj или усвоения элемента - отношение прироста данного легирующего элемента в составе металла шва к количеству этого элемента, введенного в зону сварки, оказывается достаточно высоким.

Процесс легирования может происходить как в результате прямого растворения элемента в металле, так и на основе отдель­ных реакций. При этом, естественно, большую роль играет отно­шение взаимодействующих между собой масс металла и шлака, т. е. коэффициент р.

Рассмотрим легирование металла шва в результате марганце­восстановительного процесса при электродуговой сварке под флюсом. Уравнение реакции имеет вид

(MnO) + [Fe] = (FeO) + [Мп].

Константа равновесия этой реакции определяется выражением

_ [Mn](FeO)

Mn (MnO)[Fe]

Так как в стали [Fe] ~ 1, то

_[Mn](FeO)

CMn (MnO)

Найдем константу распределения:

J%Mn)_Q,775(%MnO)

Mn [% Mn] [% Mn) ’

где (% Mn), [% Mn] - массовые концентрации марганца соответст­венно в шлаке и металле шва.

Используя выражение (9.76), запишем (9.77) в виде

^ .42^52. (9.78,

сМп

Подставляя выражение (9.78) в формулу (9.77), с учетом (9.33) получаем расчетную формулу для определения концентрации Мп в металле шва:

[Мп]шв - лХо/Т^ч - -• (9-79)

1+р

Константу равновесия ЛГ'Мп для кислых марганцевых флюсов можно вычислить по формуле

(9-80)

где Т - абсолютная температура, К.

Расчеты марганцевосстановительного процесса по формулам (9.75)-(9.80) дают результаты, хорошо совпадающие с данными химического анализа. Пользуясь коэффициентами перехода г), следует помнить, что их значения зависят от условий, в которых они определены. Применять их можно только для грубых, ориен­тировочных расчетов. Числовые значения коэффициентов перехо­да приведены в гл. 10.

Следует отметить, что поскольку коэффициент Г| является формальной величиной, то при его использовании учитываются только начальное и конечное состояния системы и совершенно не отражаются разнообразные и часто весьма сложные металлургиче­ские процессы, протекающие в реакционной сварочной зоне.

Легирование металла шва происходит во всех участках зоны сварки и на всех ее этапах, однако энергичнее и полнее - в процес­се каплеобразования.

Наиболее эффективен метод легирования сварочной ванны пу­тем ввода легирующих элементов, минуя стадию капли, в составе дополнительной легирующей присадочной проволоки при сварке с дополнительной горячей присадкой.