Металургійні процеси при зварюванні електродами
руднокислого типу
Рудно-кислі покриття – це покриття, що містять FeO, MnO, SiO2 (іноді домішки TiO2). Як розкиснювач тут застосовується феромарганець, додатковий газовий захист створюють органічні продукти покриття (33 % гематиту, 32 % граніту, 30 % феромарганцю, 5 % крохмалю (або целюлози) й 25…30 % рідкого cкла від маси сухої суміші).
Типовим представником цієї групи електродів є електрод ЦМ-7. Температура плавлення шлаків цієї групи становить 1170 …1250 0С. Після затвердіння зварювальні шлаки являють собою склоподібні темні скоринки майже без зовнішніх ознак кристалізації.
У покриттях даного типу причиною інтенсивного розвитку окисних процесів, що відбуваються у металі й шлаках, є вищі оксиди заліза:
а) гематит покриття, що взаємодіє з рідким металом і окиснює його:
[ FeО]
Fe2O3 + Fe = FeО
( FeО)
б) гематит покриття, що взаємодіє з марганцем покриття і окиснює його:
Fe2O3 + 3Mn 3(MnО) + 2[Fe] + 349,0 кДж/моль;
Fe2O3 + Mn (MnО) + 2(FeО) + 113,13 кДж/моль.
Відновлення заліза й тепло, що виділяється при окиснюванні марганцю, забезпечує при зварюванні електродами ЦМ-7 високий коефіцієнт наплавлення, що дорівнює 10…11 г/(А год.).
Паралельно з окисненням марганцю оксидами заліза частина його реагує з кремнеземом, внесеним у покриття гранітом, тобто також окиснюється:
(SiО2) + 2Mn 2(MnО) + [Si].
Внаслідок обмеженого вмісту вільного SiО2 у шлаку й наявності там FeО розвиток цієї реакції вправо є незначним.
Інтенсифікації цієї реакції перешкоджає висока концентрація окису заліза: вміст кремнію в металі шва становить близько 0,1 %, а марганцю – 0,75…0,8 %.
Помітне окиснювання зварювальної ванни приводить до окиснювання вуглецю. Однак при цьому концентрація кремнію й марганцю є достатньою для припинення реакції окиснювання вуглецю в задній частині зварювальної ванни, що кристалізується, й створення перешкоди утворенню пор від дії оксиду вуглецю.
Підвищене окиснення зварювальної ванни слід оцінювати позитивно, тому що це охороняє метал від надлишкового розчинення водню. Введення в подібну ванну додаткових розкиснювачів призвело б до інтенсивного поглинання ванною водню й розвитку пор. Шлаки цього типу обмежено видаляють сірку, ще менш – фосфор. Тому до електродної сировини ставлять підвищені вимоги щодо вмісту шкідливих домішок.
У цілому слід зазначити, що, незважаючи на неповне розкиснення металу, електроди з руднокислим покриттям забезпечують одержання металу шва з необхідними механічними властивостями.
-
Металургійні процеси при зварюванні електродами
фтористокальцієвого типу
Фтористокальцієві покриття – це покриття, що не містять оксидів заліза й марганцю. Основою покриття є мармур, плавиковий шпат, кварцовий пісок і рідке скло. Як розкиснювачі у покриття можуть входити феромарганець, феросиліцій, феротитан. Додатковий газовий захист забезпечує розпад при нагріванні карбонатів покриття. Для легування металу використовують різні металеві порошки.
Шлаки електродів цієї групи характеризуються шлаковою системою CaО – SiО2 – CaF2 (сюди відносять електроди типу УОНИ-13, ЦУ-1, ЦЛ-9, ЦТ-9 й ін.).
При розпаді карбонату кальцію виділяється значна кількість вуглекислого газу, що за допомогою розкиснювачів при температурі
700 0С відновлюється до CO в результаті таких реакцій:
CO2 + Mn MnО + CO;
2CO2 + Si SiО2 + 2CO;
2СО2 + Ti TiО2 + 2CO.
При цьому частина СО остається невідновленою, и газова фаза у всьому температурному интервалі зони зварювання є окиснювальною відносно рідкого металу.
Шлаки, що утворюються, внаслідок низького вмісту оксидів заліза не створюють окисної дії на метал. Наявність у покритті групи розкиснювачів забезпечує проведення не тільки ефективного розкиснення металу, але й деякий перехід у метал домішок (наприклад Mn і Si).
З одного боку, високий ступінь розкиснення зварювальної ванни, а також присутність у металі Mn, а в шлаку СаО створюють умови для видалення сірки й фосфору з металу шва. Вміст сірки й фосфору в наплавленому металі не перевищує 0,035 % кожного й це робить шви, виконані електродами цієї групи, малочутливими до кристалізаційних тріщин.
З іншого боку, розкиснення металу сприяє розчиненню в ньому водню. Вміст розчиненого в металі водню є настільки значним, що за наявності іржі на кромках, що зварюють, підвищеної вологості покриття, а також зварювання довгою дугою призводить до появи пор у шві, незважаючи на ефективне видалення водню за рахунок плавикового шпату, що є в покритті:
CaF2 + 2Н Ca + 2НF.
Наявність у покритті Si02 приводить до утворення тетрафториду кремнію:
2CaF4 + 3SiO2 = 2CaSiO3 + SiF4.
Тетрафторид кремнію переходить у газову фазу, де він взаємодіє з атомарним воднем або парами води:
SiF4 + 3H = SiF + 3HF,
SiF4 + 2H2O= SiO2 + 4HF,
і тим самим сприяє зменшенню кількості водню в металі шва.
|