2.4 Металлургические особенности электродуговой сварки под флюсом высоколегированных сталей

1. Плавленные сварочные флюсы представляют собой сплавы окислов металлов с фторидными солями, в одной группе которых преобладает содержание активных окислов, а в других — фторидов. Шлаки первой группы в большей или меньшей степени при сварке являются активными по отношению к жидкому металлу, а шлаки второй — наименее активными.

Активность флюса (шлака) определяется окислительной способностью флюса, зависящей от содержания окислов кремния, марганца и особенно железа.

2.При дуговой сварке под флюсом преобладают обменные реакции взаимодействия жидко­го металла с окислами флюса (шлака) и затем с продуктами этих реакций. Реакции прямого окис­ления (и насыщения металла азотом) в этом случае протекают лишь за счет взаимодействия с воздухом, находящимся между зернами флюса, и играют второстепенную роль.

3. Характер реакций взаимодействия металла и шлака в сварочной зоне и конечный результат этого взаимодействия при сварке под флюсом зависят главным образом от химического состава свари­ваемого и присадочного металлов, состава и физических свойств флюса и, естественно, от режима сварки, влияющего на температуру металла, общее количество и поверхность контактирования его с флюсом, а также на продолжительность этого контактирования.

4. Общие закономерности взаимодействия жидкого металла с флюсом, установленные приме­нительно к сварке нелегированных и низколегированных сталей, в значительной мере присущи и сварке высоколегированных сталей.

5. С увеличением сварочного тока при прочих равных условиях переход кремния и марганца из кремнемарганцесодержащего флюса в шов уменьшается, а с повышением напряжения дуги — возрастает. Это обусловлено тем, что при увеличении сварочного тока уменьшается количество расплавленного флюса, возрастает скорость образования капель на конце электрода и скорость их переноса через дуговой промежуток в сварочную ванну, т. е. уменьшается продолжительность контактирования в дуге жидких металла и флюса и, следовательно, полнота завершения кремнемарганцевосстановительных ре­акций. При повышении напряжения дуги действуют противоположные факторы.

6. Кроме перехода марганца и кремния, не исключена возможность повышения содержания се­ры и фосфора в шве вследствие перехода их из флюса, что негативно влияет на качество сварного шва:

а), количество серы и фосфора в шве при неизменном режиме сварки зависит от содержания этих примесей и окислов марганца во флюсе;

б), на содержание серы в шве оказывает некоторое влияние также исходное содержание марган­ца в металле, а на содержание обоих примесей (серы и фосфора) — также и содержание закиси железа во флюсе;

в), наиболее легко сера переходит из флюса в шов, когда она находится во флюсе в виде сульфи­да железа FeS, при малом содержании МnО, что следует учитывать при сварке.

2.5. Металлургические особенности электродуговой сварки высоколегированных сталей покрытыми электродами

1.Характер взаимодействия жидких шлака и металла при ручной сварке покрытым электродами качественно во многом аналогичен автоматической сварке под флюсом. Однако системы покрытия электродов часто отличны от системы построения флюсов и поэтому ко­нечные количественные результаты металлургических реакций при этих двух способах сварки различные.

2. Для сварки высоколегированных (нержавеющих) сталей применяются электроды с фтористокальциевыми покрытиями, в том числе с малым отношением количества мрамора к плавиковому шпату. В покрытия электродов указанного назначения обычно также вводят в каче­стве шлакообразующего и стабилизирующего компонента двуокись титана.

3. Весьма перспективными для сварки коррозионностойких и хладостойких сталей яв­ляются электроды с рутилфтористокальциевыми и рутилфтористыми покрытиями, к которым относятся в частности марки АНВ-13, АНВ-17, АНВ-20, АНВ-24, ОЗЛ-14, ЗИФ-9, ОЗЛ-20, ОЗЛ-22 и другие, т. е. в покрытиях которых вместо двуокиси титана вводится рутил.

4. Преимущество рутила по сравнению с двуокисью титана состоит в следующем:

- рутил имеет более крупную грануляцию, благодаря чему уменьшается гигроскопич­ность покрытия и, кроме того, требуется меньше связующего жидкого стекла из-за меньшей удельной поверхности порошка рутила; наличие в рутиле двуокиси циркония и более высокого содержания окислов железа обеспечивает некоторое торможение реакций перехода кремния и серы в шов и еще в большей степени улучшает сварочно-технологические свойства электродов; рутил содержит меньше серы, что вместе с положительным влиянием активных окислов обеспе­чивает более высокую стойкость чисто аустенитных швов против образования горячих трещин(см. дальше).

5. С увеличением количества в покрытии как двуокиси титана, так и рутила (состоящего в основном также из TiО₂) возрастает переход кремния из покрытия в шов за счет восстановления его из сухого остатка жидкого стекла, а также серы, содержащейся в двуокиси титана (в двуокиси титана может содержаться до 0,25% соединений серы, что в пересчете на серу составляет 0,1%) и несколько меньше — в рутиле. В связи с этим применение в больших количествах двуокиси ти­тана ила рутила в покрытиях аустенитных электродов для улучшения их сварочно-технологических свойств должно сопровождаться применением проволоки с минимальным количеством кремния и се­ры или введением в покрытие активных окислов (например,Fe₂О₃), которые в противоположность ука­занному отрицательному влияниюTiO₂нейтрализовали бы это его влияние и предотвратили бы увели­чение содержания кремния и серы в шве.

6. В отличие от сварки под флюсом, где изменение режима сварки сильно влияет на со­отношение количеств расплавленных и взаимодействующих между собой флюса и металла, при сварке покрытыми электродами и неизменном коэффициенте веса покрытия соотношение между расплавленными и реагирующими количествами металла и шлака (покрытия) практически не из­меняется с изменением режима сварки. Поэтому изменение силы тока, напряжения дуги при ручной варке покрытыми электродами несколько в меньшей степени оказывает влияние на конечный ре­зультат взаимодействия реагирующих в зоне сварки веществ и, следовательно, на химический состав металла шва.

7. Ни химический состав шва при РДС влияет лишь изменение продолжительности пребыва­ния капель электродного металла в дуге, площади контактирования шлака с каплями, а также изме­нение долей основного и электродного металла в шве с учетом увеличения разбрызгивания элек­тродного металла с повышением силы сварочного тока.