|
|
ОглавлениеОсновы теории сварки и резки металлов. Введение Глава 2. Сварные соединения и швы Глава 3. Металлургические процессы при сварке Глава 4. Термическая резка металлов Глава 6. Напряжения и деформации при сварке Глава 7. Свариваемость металла Глава 8. Дефекты сварных соединений Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгуГлава 3. Металлургические процессы при сварке3.1. Понятие металлургических процессов и особенности их протекания при сваркеПри всех способах сварки плавлением в сварочной ванне происходят те же процессы, что и в металлургических печах при выплавке металлов и их сплавов. Это — плавление, взаимодействие жидкого металла с газами и компонентами шлаков, легирование металла и выгорание (испарение, окисление) легирующих компонентов, затвердевание металла, структурные изменения в нем. Однако при сварке эти процессы протекают в особенно жестких условиях. Массы нагреваемого и расплавляемого металла при сварке малы: граммы при лучевых способах сварки или килограммы при электрошлаковой сварке по сравнению с тоннами в мартеновской печи. Средняя температура капли электродного металла 2300 °С, сварочной ванны — более 1600 °С. Металл нагревается неравномерно — от температуры кипения в центре ванны до температуры плавления на ее периферии. Такая разность температур вызывает конвективные потоки в жидком металле. Химические реакции в этих условиях протекают с большой скоростью, особенно на границах между металлом и газом, жидким шлаком и газом, металлом и шлаком. Нагрев и охлаждение металла при сварке происходят очень быстро, поэтому среднее время протекания химических реакций составляет 0,001—1,5 с. За это время реакции не успевают дойти до равновесного состояния. Химический состав металла шва формируется окончательно только после его затвердевания. 3.2. Загрязнение металла шва при сваркеПри сварке плавлением газы поступают в металл шва из воздуха, из основного и присадочного металла, где они содержатся в растворенном состоянии и в виде поверхностных пленок, из примесей в защитной атмосфере, из влаги и окислов — компонентов флюса или электродной обмазки. Растворяются в основном азот и водород. Инертные газы в металлах не растворяются. Кислород, попадая в металл шва, окисляет его. С железом кислород образует три окисла. Первый получается при непосредственном окислении железа Это закись железа. Она хорошо растворяется в жидком железе. Но ее растворимость зависит от температуры, поэтому при охлаждении сварочной ванны закись железа выпадает из раствора по границам зерен затвердевающего металла как более легкоплавкий компонент. Соединяясь с кислородом, закись железа образует окись-закись железа (окалину) В железе она не растворяется. Выпавшая по границам зерен закись железа при охлаждении ниже температуры 570 °С может непосредственно преобразовываться в окись-закись в виде шариков Это нарушает связь между зернами, металл шва становится хрупким. Из окиси-закиси при последующем окислении образуется окись железа В железе она не растворяется. С водой образует гидрат (ржавчину) Fе2О3 • Н2О. При нагреве гидратированная влага, разлагаясь, увеличивает количество газов в сварном шве и может вызвать пористость. Другие металлы, соединяясь с кислородом, образуют оксиды: 2Ni + О2 = 2NiO — закись никеля; 2Cu + O2 = 2CuO — оксид меди; 4Cu + O2 = 2Cu2O — закись меди; Ti + O2 = Ti02 — двуоксид титана; 4Аl + 3О2 = 2Al2O3 — оксид алюминия с температурой плавления 2050 °С и плотностью 3,77—4,0 г/см3. Этот оксид создает главную трудность при сварке алюминия. При температуре сварки он не расплавляется, затрудняя образование сварочной ванны. Кусочки его образуют в металле шва включения окисных пленок. Кислород засоряет шов оксидами легирующих элементов: 2Мn + О2 = 2МО — оксид марганца; Si + O2 = SiO2 — двуоксид кремния. Кислород ухудшает механические свойства сварных швов, понижает их коррозионную стойкость, ухудшает электрические и магнитные свойства. Уменьшить содержание кислорода в металле шва можно путем раскисления. Различают два способа раскисления: диффузионное и раскисление осаждением. При раскислении осаждением железо восстанавливают из растворенной закиси железа элементами, обладающими более высоким химическим сродством к кислороду и дающими оксид, слабо растворимый в железе (Al, Ni, Si, Mn, Сг, С). Эти элементы вводят через флюс или обмазку в виде порошков или ферросплавов. Если обозначить вещества, находящиеся в металлическом расплаве, квадратными, а в шлаке — круглыми скобками, то типовая реакция раскисления осаждением будет иметь вид: Новый оксид всплывает и переходит в шлак. Диффузионное раскисление — это направленная диффузия оксида из жидкого металла в шлак. Она основана на законе Нернста, согласно которому соотношение концентраций какого-либо вещества в двух несмешивающихся растворителях — величина постоянная: Если в шлак добавить раскислитель или разбавить его нейтральным компонентом, то концентрация (МеО) в шлаке уменьшится и начнется диффузия этого окисла из металла сварочной ванны в шлак. Азот образует с металлами химические соединения — нитриды: Медь — исключение. Она с азотом не реагирует, ее можно сваривать в азоте, как в инертном газе. С титаном азот реагирует бурно, реакция похожа на горение: Растворимость азота в железе уменьшается с понижением температуры. При охлаждении сварочной ванны азот, выделяясь из металла, может образовывать поры. Нитриды железа растворяются в железе, упрочняя его, но при этом резко уменьшается пластичность металла. Азот повышает хрупкость металла шва, ухудшает магнитные свойства сталей, увеличивает их электросопротивление и чувствительность к термообработке. Содержание азота в металле или его вредное влияние можно уменьшить введением в зону сварки элементов (например, Al, Zr, Ti), образующих с азотом нерастворимые в жидком металле нитриды, выходящие из металла в шлак или лишь незначительно ухудшающие его свойства. Например, алюминий, применяемый для раскисления железа, образует всплывающий из металла в шлак нитрид Аl + N = AlN. Внимание! Авторские права на книгу "Основы теории сварки и резки металлов. Учебник" (Овчинников В.В.) охраняются законодательством! |
||||||||||||||||||||||
