Взаимодействие металла с газами
Для получения сварного шва высокого качества необходимо принять меры по защите расплавленного металла сварочной ванны главным образом от воздействия кислорода, азота и водорода. Защита сварочной ванны осуществляется созданием вокруг дуги газовой оболочки и шлакового слоя над ванной расплавленного металла. Однако эти меры полностью не предохраняют от насыщения металла кислородом, поэтому необходимо производить как раскисление металла, так и удаление образовавшихся оксидов из сварочной ванны.
Раскисление жидкого металла сварочной ванны производят, вводя в него элементы, имеющие большое сродство с кислородом: алюминий, титан, кремний, углерод, марганец. Эти элементы вводят в сварочную ванну либо через электродную проволоку (присадочный металл), либо через электродное покрытие или флюсы.
Алюминий в качестве раскислителя применяется редко, так как он образует тугоплавкие оксиды и придает стали склонность к образованию трещин.
Титан является активным-раскислителем и поэтому широко применяется в различных электродных покрытиях. Раскисление протекает по реакции
2FeO 4 Ti = 2Fe + ТЮ2. Кроме того, титан образует нитриды, снижая содержание азота в металле.
Кремний — очень хороший раскислитель и применяется в электродных покрытиях и флюсах в виде ферросилиция или кварцевого песка. Раскисление кремнием происходит по реакции
2FeO + Si = 2Fe + Si02. Одновременно протекает реакция образования силикатов
Si02 + FeO= FeOSiOr Полученные оксиды и силикат оксида железа выходят
в шлак.
Углерод образует с кислородом газообразный оксид углерода, который в стали не растворяется, а выделяется в виде пузырьков. При больших скоростях охлаждения оксид углерода не успевает выделиться из металла шва, образуя в нем газовые поры. Раскисление протекает по реакции
FeO + С = Fe + СО.
Для предупреждения пористости металла шва рекомендуется вводить в сварочную ванну кремний в таком количестве, чтобы подавить раскисляющее действие углерода. Марганец является наиболее распространенным активным раскислителем. Он входит во многие электродные покрытия и флюсы. Раскисление происходит по реакции
FeO + Mn = Fe + МпО.
Оксид марганца, взаимодействуя с оксидом кремния, образует не растворяющийся в стали силикат оксида марганца
МпО + Si02 = MnOSi02.
Марганец также способствует удалению серы из стали
FeS + Mn = Fe + MnS.
Сернистый марганец не растворяется в стали и выходит в шлак.
Для восстановления первичного химического состава металла, а в некоторых случаях и для улучшения механических свойств шва производят легирование наплавляемого металла. Цель легирования — восполнить выгорание основных примесей стали и ввести в металл шва элементы, придающие стали специальные качества. Легирующие элементы — кремний, марганец, хром, молибден, вольфрам, титан и др. — используют через электродное покрытие, в виде ферросплавов и электродного металла.
