- •Глава 9. Физико-химические
- •9.1. Анализ состава газовой фазы в зоне столба дуги
- •9.1.2. Образование соединений между компонентами газовой смеси
- •9.1.3. Насыщение расплавленного металла газами в капле и сварной ванне
- •9.2. Влияние атмосферных газов на свойства стали и сплавов при сварке
- •9.2.1. Влияние кислорода на свойства стали
- •9.2.3. Влияние водорода на свойства стали
- •9.2.4 Влияние со2, со и паров н2о на свойства стали
- •9.2.5. Влияние атмосферных газов на свойства цветных металлов
- •9.3. Взаимодействие металла с защитными флюсами при сварке
- •9.3.1. Строение и свойства сварочных флюсов
- •9.3.2. Характеристика важнейших простых оксидов, входящих в состав шлаковой фазы
- •9.3.3. Основные системы сварочных шлаков
- •9.4. Массообмен между расплавленным металлом, газовой средой и шлаком
- •9.5. Расплавление электрода и перенос капель в ванну
- •9.6. Источники водорода при сварке под флюсом
- •9.7. Окисление металла шва флюсом
- •9.8. Переход вредных примесей из флюса в металл шва
- •9.9. Раскисление металла при сварке
- •9.9.1. Виды раскисли тельных процессов
- •9.9.2. Легирование наплавленного металла
- •9.10. Рафинирование сварочной ванны и модифицирование металла шва
- •9.10.1. Влияние серы на структуру и свойства шва
- •9.10.2. Десульфурация сварочной ванны
- •9.10.3. Снижение содержания фосфора в металле шва
- •9.11. Дефекты металлургического происхождения в сварных швах
- •9.11.2. Шлаковые включения в металле шва
- •9.11.3. Ликвационная неоднородность в металле шва
9.3.2. Характеристика важнейших простых оксидов, входящих в состав шлаковой фазы
Диоксид кремния - кремнезем SiO2 (Tпл = 1983 К; р = 2300...2600 кг/м3) - сильный кислотный оксид, который легко вступает в реакцию с основными оксидами, образуя комплексные соединения - силикаты; Si02 повышает вязкость шлака и способствует получению «длинных» шлаков. Из расплавленного состояния SiO2затвердевает в модификацию - кристобаллит, который при дальнейшем охлаждении переходит в новую модификацию -тридимит - и затем в кварц. Эти превращения сопровождаются выделением теплоты. Диоксид SiO2не растворим в металле.
Оксид кальция СаО (Тпл = 2843 К; р = 3400 кг/м3 ) - сильный основной оксид, образующий комплексные соединения. Очень термостойкий, диссоциирует весьма слабо. Связывает серу и особенно фосфор, облегчая их переход в шлак. Повышает вязкость шлаков. Не растворим в металле.
Полуторный оксид алюминия А12О3 (Тпл = 2323 К; р == 3600...4000 кг/м3 ) - амфотерный оксид, реагирующий с кислотными и основными оксидами. Повышает вязкость шлаков, склонен к образованию шпинелей. Не растворим в железных сплавах.
Закись марганца МnО(Tпл = 1873 К; р = 4700...5500 кг/м3) -основной оксид, образующий комплексные соединения с кислотными оксидами. Связывает серу в сульфид марганца и повышает ее растворимость в шлаке. Способствует некоторому понижению вязкости шлака; однако не влияет на скорость его кристаллизации. Не растворима в Fe.
Закись железа FeO (Tпл = 1643 К; р = 5900 кг/м3 ) - относительно слабый основной оксид, образующий комплексные соединения с кислотными оксидами (силикатами, титанатами, боратами и др.). Вступает в обменные реакции с элементами, у которых большое сродство к кислороду. Растворима в шлаке и металле.
Диоксид титана TiO2 (Tпл = 2123 К; р = 4200 кг/м3 ) - кислотный оксид, образующий с основными оксидами легкоплавкие подвижные комплексы - титанаты. Способствует получению короткого шлака, обладающего высокой газопроницаемостью. Не растворим в сталях.
Фосфорный ангидрид Р2О5 - кислотный оксид, образующий комплексные соединения с СаО, а также с другими оксидами. Не растворим в металлах.
9.3.3. Основные системы сварочных шлаков
В зависимости от состава сварочные шлаки можно разбить на три типа: шлаки оксидного типа, представляющие собой соединения оксидов различных металлов; шлаки солевого типа, состоящие из фтористых и хлористых солей щелочных и щелочноземельных металлов; шлаки оксидно-солевого типа, состоящие из солей и оксидов.
Большинство шлаков любого типа состоит из основы, или «скелета», и добавок, или примесей. Основа шлаков представлена двойной или тройной шлаковой системой, т. е. сочетанием двух или трех главных компонентов, содержание которых в шлаке составляет более 10 %. Изучают такие системы обычно с помощью диаграмм состояния, которые строят для двойных или тройных систем.
Так как шлаковые системы часто имеют сложный состав, выбирают основную тройную систему и затем устанавливают влияние на нее остальных составляющих шлака. Ряд диаграмм состояния для двойных систем разного типа представлен на рис. 9.19-9.21.
Из анализа диаграммы состояния двойной системы МпО - SiO2 (см. рис. 9.19) следует, что несмотря на высокую температуру плавления каждого компонента (соответственно Т > 2200 и 2000 К) их смесь в определенной пропорции является весьма легкоплавкой (1573 К), что используется при разработке соответствующих сварочных флюсов. Тот же эффект отмечается в других системах: NaF - CaF2 (см. рис. 9.20) и СаО - CaF2 (см. рис. 9.21). Однако для достижения всего комплекса технологических свойств флюсы должны содержать значительно большее количество компонентов.
При добавлении третьего компонента (CaF2) температура плавления еще снижается и становится существенно меньше температуры плавления сталей. Для описания тройных систем применяют так называемые псевдобинарные диаграммы плавкости. Их получают путем рассечения тройной диаграммы плоскостью, в которой содержание одного компонента трехкомпонентной системы поддерживают постоянным. В действительности, например в трех-компонентной системе СаО - SiO2 - AI2O3, поверхность (рис. 9.22), соединяющая температуру плавления отдельных составов, является весьма волнистой, с множеством впадин, соответствующих составам эвтектик.