Структурные превращения в сварном шве и околошовной зоне

Флюсы

При сварке железа и никеля газы средней зоны нормального ацетилено-кислородного пламени в известной мере предупреждают образование окислов этих металлов, так как они сравнительно хорошо восстанавливаются окисью углерода (СО) и водородом (Н и Н₂). Однако магний, алюминий, цинк и другие металлы не восстанавливаются газами пламени, и для их восстановления или связывания их окислов прибегают обычно к флюсам — веществам, вводимым в сварочную ванну для раскисления расплавленного металла и извлечения из него образующихся окислов и неметаллических включений. Кроме того, флюсы образуют на поверхности ванны пленку шлака и тем предохраняют металл от дальнейшего окисления и азотирования.

К сварочным флюсам предъявляются следующие требования.

1. Флюс должен быть легкоплавким и иметь температуру плавления более низкую, чем температура плавления основного и присадочного металла.

2. Флюс должен обладать достаточно высокой реакционной способностью, с тем чтобы процесс растворения окислов металлов заканчивался до затвердения сварочной ванны.

3. Флюс не должен оказывать вредного влияния на металл.

4. Плотность флюса должна быть меньше плотности металла, с тем чтобы образуемый флюсом шлак легко всплывал на поверхность сварочной ванны.

5. Свойства флюса не должны меняться под влиянием высокой температуры пламени.

6. Расплавленный флюс должен хорошо растекаться по нагретой поверхности металла.

7. Образуемый флюсом шлак должен хорошо защищать металл от окисления и азотирования кислородом и азотом воздуха и хорошо отделяться от шва при остывании металла.

Если при сварке металлов образуются преимущественно основные окислы (исключение составляет титан), то флюс должен быть кислым, и, наоборот, если образующиеся в сварочной ванне окислы имеют кислый характер, то флюс должен быть основным. Кислые флюсы применяют преимущественно при сварке цветных металлов, в частности при сварке сплавов меди и сплавов алюминия, а основные, вернее сочетание основных с кислыми, — при сварке чугуна, содержащего высокий процент кремния и образующего в сварочной ванне, помимо окислов железа, кислотный окисел кремния (SiO₂).

Флюсы для сварки меди и ее сплавов. Применяемые при сварке медных сплавов кислые флюсы обычно представляют собой соединения бора — буру Na₂B₄O₇ 10Н₂О и борную кислоту Н₃ВО₃ или их смеси.

Перед употреблением буру необходимо прокаливать, так как в противном случае при нагревании она вспучивается, выделяет кристаллизационную воду и увеличивает количество водяных паров в зоне сварки.

Флюсы для сварки чугуна. При сварке чугуна, в сварочной ванне которого образуется тугоплавкий окисел кремния SiO₂ (1710°С), для растворения его в состав флюса вводят компоненты, обладающие основными свойствами. Такими компонентами обычно служат углекислый натрий Na₂CO₃ или углекислый калий К₂СО₃.

Во многих случаях сварки серого чугуна в состав флюса, помимо приведенных выше компонентов, вводимых в количестве 25—50%, входит также бура Na₂B₄O₇, обладающая сильно выраженными кислыми свойствами. В некоторых же случаях флюс вообще представляет собой только буру, без каких-либо добавок. Объясняется это тем, что чугун, помимо высокого содержания в нем кремния, содержит также высокий процент углерода, требующего защиты сварочной ванны от кислорода воздуха.

Флюсы для сварки алюминия и его сплавов. В связи с тем, что тугоплавкая окись алюминия А1₂О₃ (2030° С) представляет собой чрезвычайно прочное химическое соединение, плохо поддающееся действию флюсующих веществ из-за своего химически нейтрального характера, флюсы для сварки алюминия должны обладать достаточно большой активностью. Наиболее сильно действующие растворители окиси алюминия — галоидные соединения щелочного металла лития. В связи с этим большинство флюсов для сварки алюминия содержит в своем составе хлористый или фтористый литий. Помимо соли лития, флюсы для сварки алюминия содержат также ряд других фтористых или хлористых солей калия, натрия и кальция. Наиболее активные компоненты флюса — соли лития и главным образом хлористый литий.

Образуемый в результате приведенной реакции хлористый алюминий улетучивается, так как его температура кипения всего 183° С, окисел же лития всплывает на поверхность ванны в виде шлака.

При газовой сварке стали вследствие медленного охлаждения металл шва имеет крупнокристаллическую структуру с равновесными неправильной формы зернами, типичную для литого металла.

Размер и форма кристаллитов металла шва при газовой сварке в большей мере зависят от ряда факторов не поддающихся точному учету: степени перегрева и скорости охлаждения металла; количества содержащихся в жидкой ванне мельчайших частиц неметаллических включений, могущих служить центрами кристаллизации; перемешивания жидкого металла газовым потоком пламени концом присадочной проволоки и выделяющимися из жидкой ванны газами и т. п. Чем меньше перегрев металла при сварке и чем больше скорость охлаждения металла, тем мельче зерно стали и тем более высокими механическими свойствами обладает металл шва. С этой точки зрения газовую сварку целесообразно вести с максимально возможной скоростью.

В непосредственной близости от шва, выполненного газовой сваркой, в основном металле возникает зона термического влияния, состоящая из тех же характерных участков, что и при других способах сварки плавлением. Однако ширина этих участков при газовой сварке значительно больше вследствие длительного теплового воздействия пламени на металл, которое к тому же характеризуется тепловым потоком, более распределенным по поверхности свариваемого металла, нежели тепловой поток дуги.

Чугун, сваренный с последующим медленным охлаждением соединения под слоем нагретого песка или асбеста, имеет структуру шва и переходной зоны, типичную для серого чугуна с большим содержанием графитовых включений.

Структура металла переходной зоны сварного соединения меди, выполненного газовой сваркой, мало отличается от структуры основного металла. На границе сплавления отмечаются общие зерна металла шва и основного металла. Фактически же после выполнения газовой сварки меди всегда проводят термообработку сварного соединения.

Дата добавления: 2014-01-04