Материалов при сварке. Раскисление. Легирование

Поведение металлических составляющих сварочных

Известно, что свойства металлов вообще и сварных швов в частности определяются их химическим составом и структурой. При сварке различных металлов и сплавов требуемые составы металла сварных швов весьма разнообразны и варьируются в связи с эксплуатационным назначением сварной конструкции.

Основным способом регулирования химического состава швов является варьирование состава наплавляемого металла, т. е. применяемых сварочных материалов. Хотя составы элек­тродных, присадочных материалов, регламентированные ГОСТами и ТУ, весьма разнообразны, обеспечить только ими, необходимую номенклатуру составов металла швов (наплавок) оказывается за­труднительным.

Способы введения дополнительных металлических материалов при сварке весьма разнообразны. Это могут быть различные метал­лические полуфабрикаты — присадочные вставки, вводимые в раз­делку; легированные проволоки в пластино-проволочных элек­тродах при электрошлаковой сварке и др. Часто в качестве метал­лических добавок используются предварительно подготовленные порошки изготовленные из монолитных кусков дроблением; вос­становленные из сыпучих, порошкообразных соединений, в част­ности окислов, и пр. Такие порошки вводятся с другими мате­риалами в шихту электродных покрытий в виде порошковой смеси во внутренние части порошковых проволок и лент, в порошкооб­разную шихту керамических флюсов, подвергаемую связыванию каким-либо клеящим материалом и гранулированную на опреде­ленные размеры.

Реже порошковидные металлические материалы насыпают на свариваемое или подлежащее наплавке изделие и расплавляют на нем, причем иногда для закрепления их связы­вают в мастикоподобные пасты, наносимые на поверхность изделия.

В некоторых случаях основной целью применения порошкооб­разных металлических добавок является не изменение химического состава металла шва, а повышение производительности сварки (добавка железного порошка в электродные покрытия при сварке сталей и пр.).

В большинстве случаев дополнительные металлические мате­риалы за период существования жидкого металла должны равно­мерно распределиться в металлической основе. В случае, когда такие добавки играют роль элементов, связывающих кислород, их равномерное распре­деление в ванне и обеспечение этим процесса раскисления не яв­ляется обязательным. Они могут оказывать и превентивное дей­ствие, связывая кислород еще до его поступления в металл капель или ванны.

Это явление в ряде случаев имеет место в электродных покрытиях, когда такие добавки, в частности элементы с большим сродством к кислороду, еще в составе покрытия связывают выде­ляющийся другими материалами кислород, который потенциально мог бы окислить расплавляемый металл стержня.

Кинетика растворения металлических добавок и выравнивания составов в жидких металлах изучена недостаточно.

Однако в связи с обычно полной растворимостью металлов в жидком состоянии (за исключением некоторых металлов, нерастворимых друг в друге и практически не представляющих интереса в вопросах сварки, например железо - свинец) и значительным перемешива­нием жидкости в сварочных условиях их наличие не препятствует быстрому завершению выравнивания состава жидкости.

Однако к металлическим порошкам, вводимым в электродные покрытия или в керамические флюсы, следует предъявлять тре­бования, связанные с их геоме­трическими размерами. Так, если вводимый металлический поро­шок должен выполнять функции связывания кислорода, выделяю­щегося в покрытии еще до раз­вития контакта расплавленного шлака (покрытия) с металлом капель на электроде, следует уве­личивать поверхность взаимо­действия такой добавки с окисли­телями. Это достигается приме­нением более дисперсного порошка раскислителя. Если же металли­ческий порошок покрытия должен выполнять функции легирования наплавленного металла, то для уменьшения потери окислением целесообразно применять более крупно гранулированный порошок. При этом ограничения по размерам частиц таких металличе­ских порошков лимитируются не только изложенными соображе­ниями. Так, чрезмерное увеличение размеров порошка может осложнить производство электродов, ухудшить их технологические характеристики, а чрезмерное уменьшение частиц раскислителей может полностью ликвидировать их основ­ное назначение, так как такой дисперсный порошок способен окислиться еще в период изготовления электродов (за счет реак­ций с жидким стеклом и пр.).

Схематически это представлено на рис. 16.

Рис. 16. Различная степень окислённости частиц различного раз­мера в покрытии в результате взаимодействия с окислителями:

/ - не окисленная область частицы по­крытия; 2 - окисленный слой частицы

В результате окисления окружающими частицу раскислителя материалами, выделяющими кислород (водный рас­твор жидкого стекла, применяемый для замеса шихты; соединения с меньшим сродством к кислороду, чем раскислитель, при темпе­ратурах и условиях, имеющих место при изготовлении покрытых электродов — перемешивание, выдержки, прокалка и пр.), мел­кие частицы раскислителя могут окислиться на весь объем (рис. 16, а), в то время как более крупные частицы окисляются не полностью (рис 16. б,в).

Легирование металлов возможно за счет обменных реакций с соединениями (главным обра­зом окислами) флюсов-шлаков и даже посредством газовой фазы, наибольшее распространение при сварке имеет легирование вво­димыми металлическими составляющими. На этом, кроме рассмо­тренного выше примера с электродными покрытиями, основано применение керамических флюсов с металлическими добавками; порошковых проволок, когда не удается иметь проволоки сплош­ного сечения; порошковых пластинчатых (ленточных) электродов. Применяются также более специфические (и менее строгие по ре­зультатам легирования) способы сварки (наплавки) по крупке, по пасте с порошкообразными металлическими составляющими и др.

Все эти способы имеют свои особенности применения, но прин­ципиальные схемы взаимосвязи между количествами вводимых элементов в процесс и конечным их содержанием в наплавленном металле остаются одинаковыми. Что касается химического состава металла швов, то при этом следует учитывать и разбавление на­плавленного металла расплавляемым основным.

Дата добавления: 2014-11-29