8.9 Властивості основних оксидів шлакової фази

SіO₂ — сильний кислотний оксид, у якого температура плавлення 1710 °C та густина 2,3 гсм^–3. У реакціях з основними оксидами утворює силікати. Підвищує в’язкість шлаку, робить його довгим. SіO₂ не розчиняється у металі шва.

MnO — основний оксид, у якого температура плавлення 1600 °C та густина 4,7 гсм^–3. Незначно зменшує в’язкість шлаку, не розчиняється у металі, зв’язує сірку у сульфіди марганцю, та переводить її із металу зварювальної ванни у шлак.

FeO — основний оксид, у якого температура плавлення 1370 °C та густина 5,9 гсм^–3. Розчиняється у металі шва. Вступає в обмінні реакції з елементами, які володіють більшою спорідненістю до кисню.

TіO₂ — кислотний оксид, у якого температура плавлення 1850 °C та густина 4,2 гсм^–3. Не розчиняється у металі. З основними оксидами утворює титанати, знижує в’язкість шлаку.

CaO — сильний основний оксид, у якого температура плавлення 2570 °C та густина 3,4 гсм­^–3. Зв’язує сірку та фосфор і переводить їх у шлак. Не розчиняється у металі шва та сильно підвищує в’язкість шлаку.

Al₂O₃ — амфотерний оксид, у якого температура плавлення 2050 °C та густина 3,6 гсм^–3. Утворює шпінелі, не розчиняється у металі шва, підвищує в’язкість шлаку.

8.10 Взаємодія між розплавленим металом, газовим

середовищем та шлаком

Між цими фазами виникає складний комплекс фізико–хімічних процесів, головними із яких є:

1. Окиснення та розкиснення.

2. Легування.

3. Рафінування.

4. Модифікування.

Крізь флюс здійснюється модифікування металу зварювальної ванни — це покращення первинної структури металу шва (утворення нових зерен, упорядкування структури). Основними модифікаторами є титан, ніобій, ванадій, цирконій.

Між фазами відбуваються процеси масообміну. Кількість елементу у металі шва визначається за допомогою рівняння матеріального балансу елемента до та після зварювання

, (8.26)

де , , , , — маса, відповідно електродного

металу, основного металу,

флюсу, шва, шлаку;

, , , , — концентрація елементу,

відповідно в електродному

металі, основному металі,

флюсу, шві, шлаку.

, (8.27)

де — відносна маса шлаку, що взаємодіє з металом шва.

, (8.28)

де L — константа розподілення елементу між шлаком та металом

шва.

, (8.29)

де — частка електродного металу, що приймає участь в утворенні

металу шва.

, (8.30)

де — частка основного металу, що приймає участь в утворенні

металу шва.

. (8.31)

Відносна маса шлаку , що взаємодіє з металом шва (коефіцієнт ефективності масообміну), визначається експериментально за методом елементів–свідків. У флюс вводять 1–2 % елементів–свідків (нікель, мідь, благородні метали). Після зварювання визначають концентрацію цього металу у металі шва. Згідно цього відносна маса шлаку, що взаємодіє з металом шва буде визначатися за формулою (8.32).

. (8.32)

Відносна маса шлаку, що взаємодіє з металом шва, залежить від фізичних властивостей шлакової основи флюсу (рідкоплинність), а також від гідродинамічних обставин у реакційній зоні зварювання, що визначається величиною струму зварювання та напруги, величиною та напрямком електромагнітних сил і газових потоків.

Константу розподілення L визначають через константу рівноваги реакції чи експериментально.