17. Шлаковая фаза, ее образование при дуговой сварке. Основные физические свойства шлаков и их влияние на процесс и качество сварки.

Взаимодействие металла со шлаковой фазой. Образующая­ся при плавлении электродного покрытия шлаковая фаза пред­ставляет собой расплав минерального характера, состоящий из оксидов и фторидов. Примерный состав шлака, в процентах, при сварке низкоуглеродистой стали электродами марки УОНИ-13/55:

СаО 41,9CaF₂9,9Si0₂ 33,1ТЮ₂ 5,5МпО3,2Al₂0₃ 1,5Na₂0 3,8S0,014P0,015

Другие вещества Остальное

Кроме изоляции расплавленного металла от воздуха, шлак выполняет ряд других важных функций: стабилизирует горение дуги, способствует качественному формированию шва, осуще­ствляет наряду с металлической фазой металлургическую обра­ботку расплава — раскисление, легирование и рафинирование. Шлаки — активный и непосредственный участник процесса ручной дуговой сварки.

На взаимодействие шлака с металлом большое влияние оказы­вают физические свойства шлака: вязкость, температура, плотность. От вязкости зависит формирование шва, интенсивность металлургических реакций на границе шлак-металл (жидкий шлак как бы промывает расплав). С понижением температуры вязкость шлака падает, при этом изменение вязкости, связанное с переходом из жидкотекучего состояния в твердое, в отличие от металла происходит в растяну­том интервале температур (рис. 24). В зависимости от ве­личины этого интервала шлаки бывают короткими (при малом интервале) и длинными (при большом). Короткими, как пра­вило, являются основные шла­ки, т.е. шлаки, содержащие в относительно большем количе­стве основные оксиды — СаО, МnО, FeO, Na₂0 и др. (такие шлаки образуются, например, у электродов типа УОНИ). Ко­роткие шлаки достаточно быс­тро затвердевают, образуя шла­ковую корку, что облегчает ве­дение процесса сварки в ниж­нем положении, так как шлак не затекает «под дугу», и особенно в вертикальном, горизонталь­ном и потолочном положениях. В последних случаях быстро схватывающийся шлак помогает удержать сварочную ванну и препятствует стеканию расплавленного металла вниз. Длинные шлаки, а это некоторые кислые шлаки, содержащие в большом количестве кислые оксиды — Si0₂, ТiO₂, Zr0₂ и A1₂0₃, густеют постепенно, что затрудняет сварку в нижнем положении и делает ее малопригодной в других положениях.

Температура затвердевания шлака должна быть ниже темпе­ратуры плавления металла, в противном случае шлак затрудняет хорошее формирование шва и приводит к появлению шлаковых включений. Однако при чрезмерно низкой температуре затверде­вания шлак сильно растекается но нагретым кромкам, слабо за­щищает сварочную ванну от воздуха, стекает вниз при сварке в вертикальном и потолочном положениях. Благоприятная разница в температурах плавления шлака и металла у покрытых электро­дов составляет 100-300°С.

Плотность шлака должна быть существенно ниже плотности расплавления металла. Иначе затрудняется его всплывание на поверхность ванны. В среднем плотность шлаков (для стали) при температуре 1400-1500°С составляет 2,5-3 г/см³.

С точки зрения защиты расплавленного металла от воздуха шлак должен быть газонепроницаемым, но и не настолько, чтобы серьезно препятствовать прохождению газов, выделяющихся из сварочной ванны при ее охлаждении. Более низкую газонепрони­цаемость, а следовательно и защитную способность от воздуха имеют, как правило, основные шлаки, поэтому здесь требуется повышенная эффективность газовой защиты, что и принимают во внимание при разработке электродов. Это обстоятельство учиты­вают и при ведении процесса ручной дуговой сварки (применяют короткую дугу, защиту зоны сварки от ветра и др.).