15. Легирование металла сварочной ванны при дуговой сварке. Основные способы легирования.

Для получения нужных свойств сварного соединения в металл шва можно добавлять элементы, обеспечивающие эти свойства. Этот про­цесс называют легированием. Легирующие элементы вводят через при­садочный металл, флюс или покрытие электрода в виде порошков или ферросплавов. Кроме того, легирующие элементы поступают в шов из основного металла при его плавлении. Необходимо, чтобы легирую­щие элементы имели меньшее сродство к кислороду, чем свариваемый металл. В противном случае вместе с ними нужно вводить более ак­тивный элемент, который свяжет кислород и уменьшит окисление ле­гирующих элементов. Окислы легирующих элементов должны растворяться в шлаке, а не в металле шва. При расчете легирования учитывают долю основного металла в металле шва, а также потери ле­гирующих элементов на разбрызгивание, испарение, образование хи­мических соединений. Эти потери зависят от химической активности легирующих элементов, способа, режимов и особенностей условий сварки и учитываются коэффициентами перехода. Например, при руч­ной дуговой сварке коэффициент перехода марганца из электрода с качественным покрытием может быть 0,45...0,55. Легирование швов осуществляется:

1. главным образом через присадочную проволоку;

2. реже – через так называемые керамические флюсы;

3. через покрытие электродов.

Состав металла шва выбирается в зависимости от марки свариваемой стали, ее свариваемости, а также от требуемых механических свойств и коррозионной стойкости сварных соединений. Химический состав шва определяет его структуру. Для определения структуры высоколегированных сварных швов по их хим. составу обычно пользуются диаграммой Шеффлера:

1) при этом учитывается соответствующее аустенизирующее и ферритизирующее действие всех присутствующих легирующих элементов;

2) эквивалентное действие легирующих элементов на структуру сварных швов по отношению к Ni и Cr ориентировочно выражают следующими коэффициентами: Ni_экв = %Ni+30%C+30%N+0,5%Mo; Cr_экв =1%Cr+2%Mo+1,5%Si+5%Ti+2%Nb+2%Al+1,5%W+V;

3) по заданному составу шва выбирают присадочную проволоку или электроды, учитывая при этом марку свариваемой стали, примерные доли электродного и основного металла, из которых состоит шов, степень выгорания элементов при сварке и переход их из флюса или из покрытия электродов в шов;

4) наиболее хорошие свойства имеет металл шва, содержащий аустенит и около 5% феррита.

При легировании через шлаковую фазу поступление легиру­ющих элементов (в основном кремния и марганца) происходит в результате прохождения обменных реакций:

2Fe+SiO₂ =2 FeO+Si; Fe+MnO=FeO+Mn.

Образующийся оксид железа поступает в шлак и частично остается в расплавленном металле, что повышает окисление сва­рочной ванны. Последнее ограничивает применение этого спосо­ба легирования и его используют, как правило, если нет возмож­ности применить другие способы, а также при необходимости введения небольших количеств легирующих элементов.