![]() КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Поры в металле шва
Расплавленный металл капель и сварочной ванны может сильно насыщаться газами в результате химических реакций, протекающих между металлом, газовой и шлаковой фазами. Растворимость водорода, азота и кислорода в нагретом до высоких температур жидком металле значительно выше, чем в твердом металле при температуре его кристаллизации. Поэтому в период кристаллизации металла сварочной ванны в затвердевающей части может начаться интенсивное газовыделение, обусловленное значительным снижением растворимости газов. Поскольку кристаллизующаяся твердая фаза содержит меньше газов, чем оставшийся жидкий металл, в междендритных пространствах возможно образование молекул газов при протекании реакций: [С] + [О] = СО; 2[Н] = Н2; (1) 2[Н] + [О] = Н2О; [Н] + [О] = ОН. Продукты реакций (1) в металле не растворимы. Они выделяются из сварочной ванны либо образуют поры. Для зарождения и развития газового пузырька нужно, чтобы давление газа Pгаз внутри него было не ниже внешнего давления Pвн.д, т.е.
Внешнее давление слагается из ряда составляющих:
где Pатм – атмосферное давление; h1 – высота слоя металла над пузырьком; В обычных условиях давлениями слоев металла и шлака (h1 p1 и h2p2 соответственно) вследствие их малости (
В правой части уравнения (4) главное значение имеет второе слагаемое, которое увеличивается с ростом поверхностного натяжения
Итак, возникновение и развитие газового пузырька с таким давлением возможно, по-видимому, только на стенках твердой фазы (например, на гранях растущего кристалла), находящейся в контакте с жидким металлом. Это подтверждается также следующими соображениями: – кислород, водород и углерод являются поверхностно-активными элементами, которые легко адсорбируются на поверхности раздела фаз и скапливаются там в значительных количествах; – адсорбция уменьшает работу, затрачиваемую на образование газового пузырька. На рисунке 18 показано, что форма газового пузырька, выделяющегося в жидкость 2 на ее границе с твердой поверхностью 1, зависит от смачиваемости последней. При этом краевой угол θ определяется (рис. 18) соотношением межфазных натяжений:
а) б) Рис. 18. Возможные формы газового пузырька при выделении газа
Нетрудно увидеть, что при краевом угле θ>900, когда жидкость 2 плохо смачивает поверхность твердой фазы 1 (рис. 18 а), газовый пузырек успевает вырасти до значительных размеров (образуя пору). При краевом угле θ<900, В сварочной ванне поверхность растущих кристаллитов, как правило, хорошо смачивается жидким металлом и первичные газовые пузырьки приобретают преимущественно овальную форму. При малой скорости кристаллизации
![]() б)
Рис. 19. Схемы формирования газового пузырька и его отрыва Такая картина наблюдается при большой скорости кристаллизации металла (рис. 19 б). В этом случае естественно ожидать пористости шва. Поры могут быть вызваны как растворимыми в металле газами H2, N2, так и нерастворимыми, образующимися в самом металле (СО, H2O, ОН). Появлению пор в металле шва способствует загрязненность металла ржавчиной, которая представляет собой гидрат окиси железа и может иметь различный химический состав. При нагреве она переходит в окалину Fe3O4 с выделением паров воды. Таким образом, в непосредственном контакте с жидким металлом оказываются и кислород, и водород. Поэтому при сварке металла, покрытого ржавчиной, оксид углерода СО (продукт реакции между углеродом и кислородом в жидком металле) может образовать поры. Водород при этом лишь увеличивает размеры образующихся газовых пузырьков, диффундируя в них и переходя в молекулярную форму. Причиной возникновения пор может быть и водород, а также азот, интенсивно растворяющиеся в жидком металле и не успевающие в момент кристаллизации полностью выделиться из него. Влияние состава газов на образование пор при сварке покрытого ржавчиной металла зависит от степени окисленности сварочной ванны, т.е. от содержания в ней кислорода. Если металл окислен, то растворимость водорода в нем снижается. В этом случае повышение содержания закиси железа в системе шлак – металл способствует развитию в кристаллизующейся части сварочной ванны реакции окисления углерода и потенциальному образованию пор, содержащих СО. Если металл сварочной ванны хорошо раскислен и содержит нужное количество кремния и других раскислителей, то создаются условия для активного поглощения сварочной ванной водорода. Тогда образование пор в шве обусловлено преимущественно интенсивным выделением водорода из кристаллизующегося металла. Для борьбы с пористостью, вызываемой образованием оксида углерода, нужно сохранять в сварочной ванне достаточное количество раскислителей, способных подавить реакцию окисления углерода в момент кристаллизации металла сварочной ванны. Чтобы предупредить водородную пористость, нужно обеспечить в газовой фазе более полное связывание водорода в соединения, нерастворимые в металле. Рассмотрим две реакции, интересные в этом отношении. 1. Соединения фтора, поступающие в газовую фазу, взаимодействуют с атомарным водородом или парами воды и образуют нерастворимый в металле фтористый водород:
Возможность протекания реакций (7) и (9) вправо подтверждается высокими значениями их констант равновесия при температурах столба дуги. 2. Образование в высокотемпературной зоне не растворимого в металле соединения водорода с кислородом (гидроксила ОН), устойчивого при высоких температурах, может протекать так:
Технологические способы борьбы с порами предусматривают применение соответствующих режимов, замедляющих кристаллизацию металла сварочной ванны (например, повышение погонной энергии q/ν), и мер, снижающих поглощение газов расплавленным металлом, особенно при его переносе через газовую фазу (например, применение короткой дуги), а также мер, способствующих выходу газа из шва при колебаниях уровня поверхности сварочной ванны и при ее вибрации. Рекомендуется зачищать свариваемые кромки металла и присадочную проволоку от ржавчины и других загрязнений. При сварке под флюсом форма сварочной ванны более благоприятна для получения плотного шва. Это объясняется следующими причинами: – растворение газов в жидком металле ограничено, так как нет непосредственного контакта его с газовой средой; – металлическая ванна обычно имеет чашеобразную форму и при перемещении фронта кристаллизации снизу вверх создаются благоприятные условия для удаления растворенных газов; – замедленное охлаждение металла сварочной ванны.
Дата добавления: 2014-01-04; Просмотров: 1407; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |