8.16 Рафінування металу шва
При електродуговому зварюванні утворюються більш сприятливі умови, чим при плавленні сталі для одержання металу з більш низьким вмістом сірки та фосфору. Це можливо по таким причинам:
1. Температура металу та шлаку при дуговому зварюванні вища. Утворюються більш сприятливі умови для послаблення зв’язків у з’єднанні сірки, що полегшує її перехід у шлак.
2. При дуговому зварюванні відбувається інтенсивне перемішування металу та шлаку, що забезпечує більшу у 100 – 200 разів відносну вагу шлаку.
3. При дуговому зварюванні крізь флюс та покриття впроваджуються спеціальні домішки, які активізують процес рафінування.
В загальному випадку сірка та фосфор переходять у зварювальну ванну крізь краплі та розподіл їх у металі нерівномірний.
8.17 Очищення металу зварювальної ванни від сірки
Присутність сірки в металі шва веде до зниження механічних характеристик металу, сірка є причиною червоноламкості та появи гарячих тріщин. Сірка з залізом утворює сульфід FeS, температура плавлення якого 1195 °С, і який не розчиняється у металі зварювальної ванни. Може бути у вигляді евтектик або окремих фаз різноманітної форми та розмірів. Ці продукти розташовані між кристалами у вигляді міжкристалічних прошарків. Тут зароджуються гарячі тріщини. Чим більше у металі шва вуглецю та кремнію, тим більш негативний вплив сірки. Для зменшення вмісту сірки в зварювальній ванні використовується Mn, MnO, CaО.
Процес очищення металу від сірки іде за реакцією
. (8.53)
Марганець володіє великою активністю до сірки, концентрація марганцю додержується більше 0,5 – 0,6 %. Продуктом реакції (8.53) є тугоплавкий сульфід MnS, що переходить до шлаку. Чим менша температура, тим більше утворюється MnS. З пониженням температури падає реакційна спроможність у зоні зварювання. Використання Mn не дозволяє повністю очистити зварювальну ванну від сірки і реакцію (8.53) доповнюють реакцією
. (8.54)
Процес
очищення металу від сірки іде ефективно,
якщо
=20-25.
Окрім MnO
та Mn
використовують CaO
. (8.55)
Чим більша концентрація MnO, CaО та чим більша температура, тим активніше процес рафінування.
8.18 Очищення зварювальної ванни від фосфору
Фосфор є причиною синьоламкості, з залізом він утворює два фосфіди
, (8.56)
. (8.57)
Фосфор є сильноліквуючою домішкою.
Очищення зварювальної ванни від фосфору іде у два етапи:
1. Фосфор зв’язується в оксид P2O5
. (8.58)
2. Р2О5 зв’язується у комплексну сполуку за допомогою основних оксидів
. (8.59)
Активність реакції (8.59) визначається:
1. Концентрацією FeO та CaO. Чим більша їх концентрація, тим
активніше іде очищення зварювальної ванни від фосфору.
2. Концентрацією комплексної сполуки, яку необхідно знижувати. Це проводиться шляхом розбавлення шлаку нейтральними домішками.
Чим нижча температура, тим активніше іде процес очищення. Для більш ефективного видалення фосфору використовуються основні шлаки.
Докладніше по п. 8 дивись [1, 13, 14].