Металлургия сварки

Расплавленные шлаки и газы от электродных обмазок, а также флюсы взаимодействуют с расплавленным металлом сварочной ванны, образуя химические реакции металлургического процесса.

В сварочной ванне проходят такие же металлургические процессы, как и в сталеплавильных печах. Шлак при сварке образуется из расплавленного электродного покрытия, содержащего различные минеральные вещества, руды, горные породы и т. д. Шлак защищает ванну от доступа воздуха, а также замедляет скорость охлаждения шва. Этого достаточно для улучшения качества шва, но не для получения высококачественного металла шва. Необходимо легирование металла, т. е. введение в ванну таких элементов, как марганец, хром, кремний, никель и другие, а также рафинирование.

Рафинирование металла - это удаление избыточного количества вредных примесей и газов из металла шва.

В сталях вредными газами и примесями являются азот N₂, водород Н₂, кислород O2, сера S, фосфор Р.

Основные особенности металлургических процессов в сварочной ванне, отличающие их от таких же процессов в сталеплавильных печах, состоят в том, что при сварке масса нагретого и расплавленного металла очень мала, высокая температура (до 2400ºС) нагрева, число капель электродного металла, проходящих через дуговое пространство в сварочную ванну, незначительно, теплоотвод из сварочной ванны и химические реакции протекают очень быстро и не всегда могут завершиться полностью, кристаллизация металла шва скоротечная.

При сварке проходят в основном следующие металлургические процессы: окисление, раскисление, легирование, рафинирование и борьба с растворением газов в металле. Исходя из требований к металлу шва, применяют различные типы электродных покрытий. Преобладание кислотных или основных окислов делают расплавленный шлак кислым или основным по типу. В зависимости от характера металлургических реакций, протекающих в сварочной ванне, и от химического состава расплавленного шлака электродные обмазки делятся на следующие типы: кислые (рудно-кислые), рутиловокислые, или ильменитовые, основные.

Ильменитом называют титанистый железняк FeTiO₃ - минерал класса оксидов. Это основная руда для получения титана. Еще его называют титановый (ильменитовый) концентрат.

Кислые типы расплавленного шлака сварочной ванны характеризуются реакциями, аналогичными реакциям выплавки кипящей стали в сталеплавильных печах. Важнейшими кислотными оксидами в обмазках выступают SiO₂ и Тi₂. Основной реакцией в ванне является реакция восстановления закиси железа углеродом:

FeO + С = Fe + СО,

сопровождаемая образованием газообразной окиси углерода, вызывающей кипение ванны. Для быстрого проведения указанной реакции в обмазку вводятся в большом количестве оксиды железа в форме железных руд и другие оксиды, легко отдающие кислород и способные интенсивно окислять металл ванны, например двуокись марганца М_nO₂ в форме минерала - пиролюзита. Дополнительным источником углерода является ферромарганец. В сварочной ванне протекают экзотермические реакции, которые дополнительно разогревают ванну.

Ферросплавы, кроме легирующих, имеют свойства сильных раскислителей и уменьшают содержание кислорода в ванне, восстанавливая закись железа в железо.

При сварке стали в большом количестве окисляется железо, и в результате реакции получается низший оксид железа FeO, который необходимо восстанавливать в железо.

Флюсы для газовой сварки Сварочные работы Преимущества и недостатки кислых покрытий. Часть 1