СВАРКА И РЕЗКА МЕТАЛЛОВ

Ртэнение металла шва

В пропессе нагрева при сварке молекулы кис­лорода, азота и водорода, содержащиеся в воздухе, распадаются на атомы и ионы. В атом­ном состоянии они обладают высокой химиче­ской активностью и сравнительно легко обра­зуют химические соединения с элементами, входящими в состав стали. В свою очередь, химические соединения могут растворяться в железе, составляющем основу стали. Способ­ность растворения химического соединения в железе тем выше, чем больше температура на­грева и меньше содержание углерода в стали. Например, закись железа FeO при температуре плавления железа 1539 С растворяется в жег лезе до концентрации 0,21% кислорода, нитри­ды железа Fe4N и Fe2N - до 0,065% азота, агомарного водорода 0.0008%, сульфида же­леза FeS — до 0,7% серы, также много раство­ряется в железе фосфидов FejP. FezP. FeP.

Растворимость тгих соединений еще боль­ше при температуре кипения железа, равной 2735°С.

Если смесь этих растворов внезапно охла­дить до комнатной температуры, то вся масса металла будет находиться в состоянии перена­сыщенного твердого раствора, обладающего весьма большой хрупкостью.

Однако с течением времени из твердых рас­творов выпадают отдельные компоненты. Они образуют новую структуру, отличающуюся от структуры основного металла.

Распад любого твердого раствора в течение длительного времени называют химиче­ским старением металла. Обычно оно сопровождается снижением вязкости и пластич­ности металла и в этом отношении является вредным процессом. Поэтому нельзя допускать насыщения сварного шва вредными примесями, находящимися в растворе.

Источниками насыщения шва вредными ве­ществами служит окружающий воздух, ржавчи­на, масло, влага, минералы, входящие в состав сварочных материалов, химические соединения, образующиеся в пропессе взаимодействия сва­рочных материалов с расплавленным метал­лом.

Борьба с агрязнениями металла шва про­изводится в процессе образования капель на торне электрода, при переносе капель в свароч­ную ванну и в самі й < варочной ванне в процессе нагрева и охлаждений ее. Применяются физиче­ский и химический способы ое рьбы с загрязне­ниями металла шва.1

Физический способ борьбы с загрязнениями заключается в сушке и прокаливании сварочных материалов для/удаления из них влаги, а сле­довательно, кислорода и водорода, в удалении ржавчины, масла и влаги с поверхностей сва­риваемых деталей; в создании газовой и шла­ковой оболочек вокруг дуги, препятствующих проникновению воздуха.

Химический способ борьбы с загрязнениями состоит в раскислении металла сварочной ван­ны, а также в удалении сульфидов, фосфидов, нитридов и водорода при помощи химических реакций. В результате этих реакций образуются новые химические соединения, нерастворимые в железе и переходящие в сварочный шлак.

Раскислител^ми являются либо чистые ма­териалы (С, А1), либо ферросплавы (FeMn, FeSi, FeTi и др.), либо кислые окислы (Si02, ТЮ2 и др.), а также вос^.ановительные газы (СО, Н2). Тогда закись железа FeO, способная раство­ряться в железе, переводится в нерастворимое. химическое соединение по следующим фор­мулам:

FeO + Me -» MeO + Fe

или

Fe. O + Si02 -> FeO • Si02

где MeO и FeO • SiOz — нерастворимые веще­ства

Растворимый сульфид железа FeS в резуль­тате реакции FeS + СаО -» CaS + FeO заменя­ется нерастворимым сульфидом кальция CaS, который при малой скорости охлаждения
всплывает наверх и переходит в сварочный шлак.

При высок« скоростях охлаждения нера­створимые соединения, содержащие кислород; азот, водород, серу и фосфор, внесенные сва­рочными материалами или из воздух?, могут остаться в шве в виде окислов, китридов, газов, сульфидов и т. п. и тем самым ухудшить меха­нические свойства металла шва. Но отрицатель­ное влияние этих примесей меньше тех, которые находятся в растворе.

Различные загрязнения (неметаллические включения) удаляются из металла шва флюса­ми-растворителями, вводимыми в состав сва­рочных материалов (проволока, покрытия штуч­ных электродов, флюсы, порошки в порошковой проволоке и т. д.). Флюсы-растворители образу­ют с загрязняющими веществами легкоплавкую механическую смесь, имеющую низкую-удель­ную плотность Она легко всплывает наверх и переводит вредные вешества из металла шва в шлак.

Хорошим флюсом-растворителем, который часто применяется в сварочных матери шах, является плавиковый шпат (CaF2).

Плавиковый шпат также и химически взаи­модействует с азотом и водородом, образуя нерастворимые в железе вещества, которые удаляются из сварочной ванны в шлак. Атом­ный фтор, выделяющийся из фтористого каль­ция при высокой температуре, соединяется с атомным азотом или с атомным водородом и образует фтористый азот NF или фтористый водород HF, которые не растворяются в железе и легко удаляются из мі іалла шва п шлак (NF) и в виде газа (HF) в атмосферу.

Химическим взаимодействием между жид­ким металлом и неметаллическими веществами можно не только очищать металл от загрязне­ний, но и легировать его. Под легированием понимают введение в металл шва различных элементов (хром, никель, марганец и др.), ко­торые придают ему заданные свойства (проч­ность. вязкость, коррозионную стойкость и др.).