9.8. Переход вредных примесей из флюса в металл шва

Под воздействием шлака в шве изменяется как количество вред­ных примесей - серы и фосфора, так и геометрическая форма их со­единений - сульфидов и фосфидов (FeS, MnS и др.). Источниками серы во флюсе являются шихтовые минералы типа пиролюзита МпОг, содержащего до 0,25 % S, а также магнезит и флюорит. Глав­ным источником фосфора в металле шва является также МnO₂, содержащий до 0,35 % Р. В высокомарганцовистых плавленых флю­сах содержание серы (и фосфора) обычно составляет 0,1.. .0,15 %.

В плавленых и керамических флюсах, не содержащих МnO₂, концентрация серы не превышает 0,05 %. Наибольшее количество серы переходит в металл шва, когда она находится в соединении FeS, хорошо растворимом в жидком железе. Сера и фосфор могут переходить из шлака в металл шва, и наоборот, в зависимости от состава флюса и технологии сварки согласно уравнениям:

(9.49)

Где η_S, η_P - коэффициенты распределения серы S и фосфора Р между шлаком и металлом.

При многопроходной сварке с увеличением высоты шва, концен­трация серы, фосфора и кислорода значительно повышается по срав­нению с их содержанием в элек­тродной проволоке. В металле шва сера образует сульфид железаFeS (Т_пл ⁼ 1468 К). Его эвтектика с железом плавится при 1258 К. Еще более низкую температуру плав­ления имеет его эвтектика с ком­плексом 2FeO- SiO₂ . В сталях с повышенным содержанием никеля образуются сульфиды никеля NiS с еще более легкоплавкими эвтектиками (Т_пл = 917 К). Вредное влияние серы могут усиливать и другие легирующие элементы, на­пример углерод. Присутствие в металле шва как серы, так и фосфора усиливает склонность метал­ла шва к образованию горячих трещин вследствие резкого увели­чения температурного интервала хрупкости швов в твердожидком состоянии, а также к охрупчиванию швов, т. е. соответственно к горячеломкости и хладноломкости. Нижняя граница температур­ного интервала хрупкости несколько ниже неравновесного солидуса, определяемого температурой затвердевания ликватов, кото­рые состоят из эвтектик и оксидов железа.

Совместное влияние серы, фосфора и кислорода оценивают по эквиваленту вредных примесей (BП), которые определяют по формуле

(9.50)

где [О], [S], [Р] - концентрации кислорода, серы и фосфора в ме­талле шва; 0,8 и 0,7 - коэффициенты влияния.

Эквивалент ВП позволяет соизмерить отдельное влияние при­месей S, Р и О₂ в виде неметаллических оксидных включений, а коэффициенты влияния также показывают, что наибольшее влия­ние на ударную вязкость оказывает кислород. На рис. 9.25 приве­дена зависимость работы ударного излома металла шва от содержания в нем эквивалента вредных примесей при отсутствии горячих микротрещин (1) и с горячими микротрещинами (2). Из рис. 9.25 следует, что главнейший фактор работоспособности сварных со­единений - отсутствие горячих трещин. Учитывая неизбежное воздействие фосфора и кислорода, можно сделать вывод, что наи­более перспективными являются способы сварки с эффективной защитой, т. е. сварка с газовой защитой и смешанной газошлако­вой защитой.