Вопрос 5.
За счет чего происходит окисление металла шва и как это сказывается на его механических свойствах?
Высокие температуры, используемые при сварке плавлением, с одной стороны, понижают термодинамическую устойчивость оксидов, как это было показано в п. 9.2, но, с другой стороны, скорость их образования резко увеличивается и за очень небольшое время сварочного цикла металлы поглощают значительное количество кислорода. Поглощенный кислород может находиться в металле или в растворенном состоянии в виде оксидов (обычно низшей степени окисления), или субоксидов (ТІбО, ТізО, Ті20), а также может создавать неметаллические включения эндогенного типа, образовавшиеся при раскислении металла более активными элементами. И то, и другое резко снижает качество сварных соединений, особенно пластичность металла шва. Исследования этого вопроса показали, что основная масса кислорода в металле обычно находится в неметаллических включениях [20]. Источниками кислорода в металле при сварке служат окислительно-восстановительные реакции между металлом и атмосферой сварочной дуги, металлом и шлаками, образующимися в результате плавления флюсов или при разложении и плавлении компонентов электродного покрытия, а также при взаимодействии с наполнителями порошковой проволоки.
Вопрос 6.
В чем сущность раскисления металла? Как раскисление отражается на свойствах сварного соединения?
Раскисление металла при сварке – это процесс удаления из него кислорода любыми путями.
Необходимость раскисления объясняется неизбежностью некоторого окисления металла газовой или шлаковой фазами и сваркой недостаточно раскисленных сталей (кипящих или полуспокойных). Так, при сварке углеродистых кипящих сталей проволокой марок Св-08, Св-08А или Св-08АА даже в аргоне в хвостовой части сварочной ванны будет протекать реакция восстановления железа углеродом:
[C] + [FeO] = [Fe] + CO .
Вопрос 7.
С какой целью проводится легирование металла шва, и каким образом оно осуществляется?
Раскисление не обеспечивает равнопрочности и близости по химическому составу наплавленного и основного металлов. Для выполнения этих требований необходимо, чтобы в процессе сварки было осуществлено легирование наплавленного металла, компенсирующее выгорание специальных элементов основного металла, или легирование элементами, не содержащимися в основном металле.
Легирующие элементы (Сг, Mo, V, W, Ti и др.) могут быть введены в состав электродного металла и в шихту электродного покрытия или флюса. Коэффициент усвоения легирующего элемента, находящегося в электродном металле, несколько выше, чем введенного в покрытие.
Коэффициент усвоения, или перехода, легирующего элемента представляет собой отношение содержания легирующего элемента в металле шва к суммарному содержанию его в электродном металле, покрытии, а также в той доле основного металла, которая войдет в состав металла шва.
Так как некоторая часть легирующего элемента все же окисляется, коэффициент усвоения (перехода) его всегда меньше единицы. Численное значение коэффициента усвоения зависит от степени сродства легирующего элемента с кислородом, от условий протекания процесса сварки и др. Чем выше степень сродства легирующего элемента с кислородом, тем меньше, при прочих равных условиях, коэффициент его усвоения наплавленным металлом.
Наиболее легко осуществить легирование стали медью или никелем. Коэффициент усвоения таких элементов практически близок к единице. Значения коэффициента усвоения при сварке некоторых сталей с применением электродного металла различного состава приведены в табл. 6. Средние значения коэффициентов перехода элементов из покрытия в металл шва при сварке низкоуглеродистым электродом даны в табл. 7. Данные табл. 6 и 7 ориентировочны и справедливы только для условий, в которых они были определены.