ОСНОВЫ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Диссоциация газов атмосферы и покрытий

При высоких температурах в зоне сварки (от 2000 до 6000оС) молекулы газовой атмосферы переходят в атомарное состояние, одно­временно происходит разложение материала покрытий. Атомарный водород, кислород и азот интенсивно растворяются в металле, что ухудшает механические свойства шва (снижается пластичность, по­вышается хрупкость). Плавиковый шпат и известняк, входящие в со­став многих покрытий разлагаются на составляющие с прохождением следующих реакций: CaF2 ^ Ca + F; CaCO3 ^ CaO + CO2. Свобод-

ный фтор ухудшает условия горения сварочной дуги (при дуговой сварке). Свободный водород связывается в устойчивые, нераствори­мые в металле молекулы: CaF2 + H =CaF + HF. Часть серы, раство­ренной в стали в виде FeS, удаляется в шлак вследствие протекания реакции FeS + CaO = CaS + FeO.

Взаимодействие расплава с атомарными газами

Жидкий металл сварочной ванны может окисляться свободным кислородом газовой атмосферы, кислородом, находящимся на кром­ках заготовок в виде оксидов (в окалине и в ржавчине), под влиянием химически активных к кислороду окислов кремния SiO2 и марганца MnO, паров воды и углекислого газа. Оксиды Fe3O4 и Fe2O3 при сва­рочных температурах переходят в закись FeO (Fe3O4 + Fe = 4FeO; Fe2O3 + Fe = 3FeO), растворимую в железе. В результате в шве обра­зуются включения, ухудшающие его качество.

Железо, медь, кобальт, никель поглощают водород в твердом состоянии. При плавлении этих металлов, растворимость водорода увеличивается. Поэтому при кристаллизации сварного шва возможна его пористость. Титан, ванадий, тантал, ниобий, редкоземельные ме­таллы при большой концентрации водорода поглощают его с образо­ванием гидридов, при малых концентрациях - с образованием твер­дых растворов. Кремний, алюминий, хром, углерод уменьшают рас­творимость водорода в сталях.

Азот растворяется в железе, молибдене, титане, марганце с об­разованием нитридов Me#. Нитриды, увеличивая прочность сварного шва, снижают его пластичность.

Влияние серы и фосфора на качество сварки

Взаимодействуя с железом, сера образует сернистые соедине­ния. При кристаллизации сульфид железа FeS образует эвтектику FeS - Fe, имеющую температуру плавления 940оС. Эвтектика располагает­ся между зернами кристаллизующегося железа и вызывает так назы­ваемые горячие трещины (красноломкость). Фосфор содержится в ме­талле шва в виде фосфидов железа FeP и FeP2. Фосфиды уменьшают ударную вязкость стали и способствуют появлению так называемых холодных трещин. Для уменьшения вредного влияния фосфора в сва­рочную ванну вводят элементы (кальций или марганец), способные связать фосфор в нерастворимые железе соединения и удалить их в шлак.