Лекция №5

Металлургические процессы при сварке. Термический цикл

сварки и структура сварного соединения. Влияние вредных примесей на качество

сварного шва. Защита

сварочной ванны от

•Химический состав металла шва и

его свойства зависят от состава и доли участия в формировании шва основного и электродного (присадочного)

металла, реакций взаимодействия расплавляемого металла с газами атмосферы и защитными средствами.

•Металл шва в общем случае при сварке плавящимся электродом или применении металлических присадок (проволоки, порошка и т.п.) образуется в результате перемешивания в ванне

основного и электродного (присадочного) металла.

Доля основного металла ( 0) в шве зависит от:

• вида соединения (с разделкой, без разделки);

• вида и режима сварки.

0 F Fпр F

• где Fпр, Fн – площади,пр н занятые основным и электродным (присадочным) металлом соответственно.

Содержание любого элемента в металле шва (Сш):

C С С (1 )

где Со, Сэ – исходноеш содержаниеэ элемента в основном и электродном металле, о – доля

основного металла.

В случае химических реакций расплавленного металла с газами, покрытиями, шлаковой ванной состав металла шва определяют:

широких пределах (0,3 – 0,95) в зависимости от химической активности элемента, вида сварки, технологии сварки и др.

Металлургические реакции при сварке

• Химические реакции взаимодействия расплавленного металла с газами и средствами защиты называются

сварочными металлургическими реакциями

Выделяют две основные зоны взаимодействия расплавленного металла с газами и шлаком:

•торец электрода с образующимися на нем каплями;

•сварочную ванну.

Полнота протекания металлургических реакций зависит от:

• температуры;

•времени взаимодействия;

•поверхности;

•концентрации реагирующих веществ.

Характерные условия металлургических реакций при сварке:

•высокая температура нагрева;

•относительно малый объем расплавляемого металла;

•кратковременность процесса.

Взаимодействие металла с газами

•При дуговой сварке газовая фаза зоны дуги, контактирующая с расплавленным металлом, состоит из смеси N2, О2, Н2, СО2,

СО, паров Н2О, а также продуктов их диссоциации и паров металла и шлака.

•В зоне высоких температур происходит распад молекул газа на атомы (диссоциация).

•Молекулярный кислород, азот и водород распадаются и переходят в атомарное состояние О2↔2О, N2↔2N, Н2↔2Н.

•Активность газов в атомарном состоянии резко повышается.

•При контакте расплавленного металла,

содержащегося в газовой или шлаковой фазах,

происходит растворение кислорода в металле, а при достижении предела растворимости химическое взаимодействие с образованием окислов. Одновременно

происходит окисление примесей и легирующих

элементов, содержащихся в металле. В первую

очередь окисляются элементы, обладающие большим сродством к кислороду.

• Железо образует с кислородом три соединения (окисла): закись железа FeO, содержащую 22,27% О2; закись-окись железа Fe3О4, содержащую 27,64% О2; окись железа, содержащую 30,06% О2. Кислород снижает прочностные и

пластические свойства металла.

• Азот растворяется в большинстве конструкционных материалов и со многими элементами образует соединения, которые называются нитридами: Fe2N (11,15% N2), Fe2N (5,9%

N2). Азот вызывает охрупчивание, поры и старение деталей.

•Водород также растворяется в большинстве металлов.

•Водород – вредная примесь, так как является

причиной пор, микро- и макротрещин в шве и в зоне термического влияния.