2.7. Рафинирование металла сварочной ванны

Наиболее вредными примесями в основном металле и металле сварного шва являются сера и фосфор. Эти примеси попадают в металл шва из основного металла, электрода, обмазки и сварочного флюса. Степень десульфурации зависит от исходного содержания серы в металле, химического состава шлака, режимов плавления, а также от количества легирующих элементов влияющих на активность серы в стали. В целом процесс десульфурации можно представить в виде двух отдельных актов: переход серы из металла в шлак и затем из шлака в атмосферу. Эффективность удаления серы в шлак оценивается коэффициентом распределения ее между шлаком и металлом. Десульфурирующие свойства шлака тем выше, чем больше активность кислорода в шлаке и меньше в металле. По степени убывания десульфурирующей способности некоторые шлаки расположены ряд: CaF₂ – CaO; CaF₂ – MgO; CaF₂ – Al₂O₃. Увеличение содержания извести в шлаке повышает его десульфурирующую способность. При использовании высокоосновных флюсов с большим количеством СаО содержание серы в результате электрошлакового плавления может быть снижена в металле до 0,0025%, а после обычного электрошлакового переплава лишь до 0,003…0,007%

[S] + (CaO) = (CaS) + [O] (35)

[FeS] + (CaO) = [FeO] + (CaS). (36)

Фосфор в шов попадает с основным и присадочным металлом а также из шлака. Наиболее богаты фосфором марганцовистые флюсы. Добиться удаления фосфора из металла при использовании современных флюсов не всегда удается. Поэтому сварочная проволока и флюсы, как и основной металл должны быть достаточно чистыми по фосфору.

Фосфор в металле шва находится в виде фосфидов железа Fe₃P и Fe₂P. Содержание фосфора в металле шва заметно снижает ударную вязкость, особенно при низких температурах поэтому его нужно удалять. Это осуществляется окислением фосфора [2]

2[Fe₂P] + 5[FeO] = (P₂O₅) + [Fe]. (37)

2.Природа образования горячих трещин

Горячими трещинами называют хрупкие межкристаллические разрушения сварного шва или околошовной зоны, возникающие в области температурного интервала хрупкости ТИХ в результате термодеформационного сварочного цикла.

В процессе кристаллизации прочность жидкотвердого агрегата близка нулю. Начиная с некоторой температуры, названной температурой верхней границы интервала хрупкости Твг, металл переходит из стадии жидкотвердого в стадию твердожидкого состояния, когда перетекание жидкости между зернами ограниченно (рис.7).

Рис. 7. Зависимость деформационной способности металла от температуры

При деформации происходит заклинивание зерен и дальнейший процесс возможен только в случае пластической деформации самих зерен, либо смещение их друг относительно друга. При этом происходит смятие точек контакта. Прочность закристаллизовавшегося металла намного выше чем жидких прослоек и разрушение происходит по границам зерен. С дальнейшим понижением температуры уменьшается объем жидкости, а число контактов между зернами увеличивается. Одновременно повышается прочность самих границ, при этом разрушение происходит по самим зернам. Температура резкого возрастания пластических свойств находится ниже температуры равновесного солидуса, которая носит название нижней границы хрупкости Тнг (рис.7). Интервал температур, заключенный между Тнв и Тнг называется температурным интервалом хрупкости ТИХ.

Горячие трещины чаще всего возникают в сплавах, обладающих выраженным крупнокристаллическим строением с повышенной концентрацией легкоплавких фаз. Трещины возникают в том случае если интенсивность нарастания деформаций в металле сварного соединения в период остывания приводит к деформациям большим, чем его пластичность в данных температурных условиях.

Способность сварного соединения воспринимать без разрушения деформации, вызванные термодеформационным циклом сварки, определяет уровень его технологической прочности.