2.5. Металлургические процессы при сварке в инертных газах

Аргон и гелий не образуют химических соединений с металлами. Азот не образует соединение с медью, кобальтом и др. Поэтому процессы окисления, азотирования, наводораживания, растворение газов и вредных примесей в сварочной ванне связаны с несовершенством газовой защиты зоны сварки.

Наличие даже небольшого количества вредных примесей в инертных газах а также на поверхностях свариваемых кромок и проволоки способствует образованию оксидов, нитридов и других соединений, снижающих физико-механические свойства. Сварку в среде инертных газах ведут как плавящимся, так и неплавящимся электродом.

Для повышения чистоты аргона его пропускают через стружку титана, нагретую до температуры 770°К. При этом развиваются следующие реакции

3Ti + 2H₂O = TiO₂ + 2TiH₂; (30)

Ti + O₂ = TiO₂ ; (31)

2Ti + N₂ = 2TiN . (32)

Таким образом из аргона удаляются следы влаги, кислорода и азота.

При сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей, особенно кипящих, вследствие окисления углерода образуется пористость

[Fe₃C] + [FeO] = 4Fe + CO. (33)

Этот процесс идет за счет кислорода, накопленного во время выплавки или за счет примесей в аргоне марок В и Г.

Для подавления этой реакции в сварочной ванне необходимо иметь достаточное количество элементов-раскислителей (Mn, Si, Ti), которые входят в состав сварочных проволок Св-08ГС, Св-08Г2С и др.

Снизить пористость можно путем добавления к аргону до 5% кислорода, который вызывая интенсивное кипение сварочной ванны способствует удалению газов до начала кристаллизации. Добавка кислорода способствует также мелкокапельному переносу электродного металла.

2.6. Легирование металла при сварке

Получить требуемый состав металла шва при сварке плавящимся электродом можно применяя проволоку, ленту и другие виды электродного металла необходимого состава, либо легируя металл шва через покрытие, флюс или сердечник порошковой проволоки.

Возможно также легирование металла шва за счет восстановления элементов из шлака, например, при сварке низкоуглеродистой проволокой под высокомарганцовистыми силикатными флюсами. Однако в этом случае степень легирования сравнительно мала и процесс сопровождается загрязнением металла кислородом.

Легирование через проволоку – простой и эффективный способ, однако при этом не всегда удается подобрать проволоку нужного состава. Поэтому широко применяют легирование через покрытия и флюсы. Широкое использование легирующих покрытий и флюсов объясняется тем, что они позволяют получить практически любой состав наплавленного металла, не прибегая к разработке специальных марок электродных проволок.

При легировании через покрытия, флюс или сердечник порошковой проволоки материальный баланс легирующего элемента можно записать в виде

Мпер = Мисх – (Мзастр – Мокисл), (34)

где Мпер – количество элемента, перешедшее в наплавленный металл; Мисх – исходное количество элемента в материале;

Мзастр – количество свободного элемента механически застрявшего в шлаке;

Мокисл -–количество, окислившегося элемента.

Переход легирующих элементов в наплавленный металл характеризуется коэффициентом перехода элемента, который зависит от концентрации его в присадке, грануляции, режимов сварки и взаимного влияния легирующих элементов.