- •Глава 9. Физико-химические
- •9.1. Анализ состава газовой фазы в зоне столба дуги
- •9.1.2. Образование соединений между компонентами газовой смеси
- •9.1.3. Насыщение расплавленного металла газами в капле и сварной ванне
- •9.2. Влияние атмосферных газов на свойства стали и сплавов при сварке
- •9.2.1. Влияние кислорода на свойства стали
- •9.2.3. Влияние водорода на свойства стали
- •9.2.4 Влияние со2, со и паров н2о на свойства стали
- •9.2.5. Влияние атмосферных газов на свойства цветных металлов
- •9.3. Взаимодействие металла с защитными флюсами при сварке
- •9.3.1. Строение и свойства сварочных флюсов
- •9.3.2. Характеристика важнейших простых оксидов, входящих в состав шлаковой фазы
- •9.3.3. Основные системы сварочных шлаков
- •9.4. Массообмен между расплавленным металлом, газовой средой и шлаком
- •9.5. Расплавление электрода и перенос капель в ванну
- •9.6. Источники водорода при сварке под флюсом
- •9.7. Окисление металла шва флюсом
- •9.8. Переход вредных примесей из флюса в металл шва
- •9.9. Раскисление металла при сварке
- •9.9.1. Виды раскисли тельных процессов
- •9.9.2. Легирование наплавленного металла
- •9.10. Рафинирование сварочной ванны и модифицирование металла шва
- •9.10.1. Влияние серы на структуру и свойства шва
- •9.10.2. Десульфурация сварочной ванны
- •9.10.3. Снижение содержания фосфора в металле шва
- •9.11. Дефекты металлургического происхождения в сварных швах
- •9.11.2. Шлаковые включения в металле шва
- •9.11.3. Ликвационная неоднородность в металле шва
9.9.2. Легирование наплавленного металла
Легирование наплавленного металла осуществляется с соблюдением следующих важных требований:
в качестве легирующих следует применять элементы, сродство которых к кислороду меньше, чем сродство раскисляющих элементов;
наряду с легирующим элементом целесообразно вносить в зону сварки и его оксид, наличие которого предохраняет легирующий элемент от выгорания.
Принципиально возможно осуществить легирование металла двумя путями: через металлическую фазу и через шлаковую, (легирование через газовую фазу также возможно, но этот процесс еще мало изучен). При легировании через металлическую фазу легирующий элемент вводят в электродный стержень или присадочную проволоку, а также применяют проплавление легированного основного металла, сопровождающееся переходом соответствующих элементов в сварочную ванну. Легирование через шлаковую фазу предполагает введение легирующих элементов в электродное покрытие или флюсы. Первый путь легирования (через металлическую фазу) более эффективен, так как при этом потери легирующего элемента незначительны и коэффициент перехода η или усвоения элемента - отношение прироста данного легирующего элемента в составе металла шва к количеству этого элемента, введенного в зону сварки, оказывается достаточно высоким.
Процесс легирования может происходить как в результате прямого растворения элемента в металле, так и на основе отдельных реакций. При этом, естественно, большую роль играет отношение взаимодействующих между собой масс металла и шлака, т. е. коэффициент β.
Рассмотрим легирование металла шва в результате марганце-восстановительного процесса при электродуговой сварке под флюсом. Уравнение реакции имеет вид
Константа равновесия этой реакции определяется выражением
(9.75)
Так как в стали [Fe] ≈ 1, то
Найдем константу распределения:
(9.77)
где (%Мn), [%Мn] - массовые концентрации марганца соответственно в шлаке и металле шва.
Используя выражение (9.76), запишем (9.77) в виде
(9.78)
Подставляя выражение (9.78) в формулу (9.77), с учетом (9.33) получаем расчетную формулу для определения концентрации Мn в металле шва:
(9.79)
Константу равновесия К'с Мn для кислых марганцевых флюсов можно вычислить по формуле
(9.80)
где Т- абсолютная температура, К.
Расчеты марганцевосстановительного процесса по формулам (9.75)—(9.80) дают результаты, хорошо совпадающие с данными химического анализа. Пользуясь коэффициентами перехода η, следует помнить, что их значения зависят от условий, в которых они определены. Применять их можно только для грубых, ориентировочных расчетов. Числовые значения коэффициентов перехода приведены в гл. 10.
Следует отметить, что поскольку коэффициент η является формальной величиной, то при его использовании учитываются только начальное и конечное состояния системы и совершенно не отражаются разнообразные и часто весьма сложные металлургические процессы, протекающие в реакционной сварочной зоне.
Легирование металла шва происходит во всех участках зоны сварки и на всех ее этапах, однако энергичнее и полнее - в процессе каплеобразования.
Наиболее эффективен метод легирования сварочной ванны путем ввода легирующих элементов, минуя стадию капли, в составе дополнительной легирующей присадочной проволоки при сварке с дополнительной горячей присадкой.