ная масса шлака), а также кинетические условия взаимодействия металла и шлака на стадии капли. Характер влияния этих изменений на процесс легирования зависит от того, что является основным источником поступления легирующих элементов - электродный материал или флюс.

При легировании через проволоку и наплавке под химически активными флюсами - силикатами (АН-348-А, ОСЦ-45, АН-60) увеличение относительной массы шлака, происходящее при повышении напряжения дуги или уменьшении силы тока, сопровождается окислением легирующих элементов и легированием сварочной ванны кремнием и марганцем из флюса. Указанные изменения режима наплавки сопровождаются изменением и кинетических условий взаимодействия фаз на стадии капли: возрастает время существования капли и ее взаимодействие с окислительным шлаком. В результате при изменении режимов наплавки изменяется и химический состав наплавленного металла.

При наплавке под менее активными флюсами влияние относительной массы шлака на процессы окисления и легирования уменьшается; этому способствует меньшая окислительная способность флюса и то обстоятельство, что обычно не вся масса жидкого шлака взаимодействует с металлом. Меньшее влияние на химический состав наплавленного металла оказывают и кинетические условия. Таким образом, при легировании через проволоку влияние режима на химический состав наплавленного металла тем меньше, чем меньше окислительная способность применяемого флюса.

Продолжительность взаимодействия капли с окружающей средой и относительная масса шлака уменьшаются при увеличении силы сварочного тока, кроме того, относительная масса шлака уменьшается при увеличении скорости наплавки. Поэтому изменение химического состава наплавленного металла в зависимости от изменения режима наплавки меньше в области больших токов и больших скоростей наплавки. Эти процессы относятся к верхним слоям многослойной наплавки, когда влияние основного металла и его доли в наплавленном невелики.

Рассмотрим кратко особенности легирования, когда основным источником поступления легирующих элементов (в виде металлических добавок) является флюс. Как и при легировании через проволоку, наиболее важным является взаимодействие фаз на стадиях капли и сварочной ванны. При плавлении электрода под слоем легирующего флюса капли на конце электрода имеют уже значительный уровень легирования. Доля легирования на стадии капли (содержание элемента в капле по отношению к его содержанию в наплавленном металле) зависит от концентрации легирующего элемента во флюсе и от режима наплавки.

При увеличении напряжения дуги и уменьшении силы тока, когда относительная масса шлака возрастает, содержание легирующих элементов в капле остается примерно постоянным.

Рис. 13-8. Зависимость содержания легирующих элементов в наплавленном металле [1) и капле (2) от относительной массы шлака при наплавке под легирующим флюсом

В этих же условиях уровень легирования наплавленного металла повышается (рис. 13-8), Относительная пасса шлака ц доля легирования на стадии

капли убывает: ВС/АС > ВС/АС. Незначительное влияние режима наплавки на состав капли, по-видимому, связано с тем, что с каплей взаимодействует сравнительно небольшая и постоянная доля расплавившегося флюса и что в условиях высоких температур и интенсивного перемешивания взаимодействующих фаз процесс обогащения капли легирующими элементами успевает пройти достаточно полно.

Таким образом, при наплавке под легирующим флюсом влияние режима наплавки на состав наплавленного металла происходит, в основном, через процессы, протекающие на стадии ванны. После расплавления легирующего флюса, состоящего из смеси ферросплавов и шлакообразующих материалов, ввиду весьма ограниченной растворимости металлов в шлаке образуется дисперсная система, в которой дисперсионной средой является шлак, а дисперсной фазой - металл. Происходит коагуляция и слияние металлических частиц и осаждение их в сварочную ванну, причем часть частиц успевает достичь сварочной ванны, а часть застревает и (при соответствующих условиях) окисляется в шлаке.

Потери в шлаковой корке зависят от физико-химических свойств как шлака, так и осаждающихся частиц. Так, при введении в виде механической примеси порошков никеля и вольфрама в малоокислительный флюс 48-ОФ-6 потери никеля выше, чем вольфрама. Это объясняется большей плотностью вольфрама. При этом на процесс осаждения частиц из шлака в сварочную ванну влияет и вязкость шлака. Потери в шлаковой корке находятся в обратной зависимости от продолжительности пребывания шлака и сварочной ванны в жидком состоянии, если шлак обладает малоокислительными свойствами.

Стабильность химического состава наплавленного металла обеспечивается в том случае, если увеличение расхода источника легирования, например относительной массы шлака, компенсируется повышением потерь легирующих элементов в результате окисления и застревания в шлаке. Поэтому стабильность химического состава наплавленного металла при разных режимах наплавки можно повысить, применив легирующий флюс с повышенной окислительной способностью, хотя этот путь с точки зрения экономии легирующих элементов невыгоден. При легировании же

через проволоку такое решение ведет к уменьшению стабильности состава наплавленного металла. Изменение потерь в шлаковой корке при разных режимах наплавки не всегда происходит в нужном направлении, и управлять этими потерями с целью получения стабильного состава наплавленного металла очень трудно.

При наплавке под легирующим флюсом электродной лентой сила тока и напряжение дуги влияют на относительную массу шлака незначительно. Поэтому при наплавке электродной лентой в отличие от наплавки проволочным электродом обеспечивается более стабильный химический состав наплавленного металла.

Потери легирующих элементов в шлаковой корке существенно возрастают при их высоком содержании во флюсе, и это свидетельствует о нецелесообразности применения легирующих флюсов (керамических, флюсов-смесей) для получения высоколегированного наплавленного металла.

При наплавке плавящимся электродом по неподвижной легирующей присадке в виде порошка, пасты и т. п. количество присадки выбирают так, чтобы она вся переплавлялась дугой. На-плавку обычно производят под плавленым флюсом низкоуглеродистой проволокой. Благодаря энергичному перемешиванию металла в сварочной ванне примесь, введенная указанным путем, распределяется равномерно по сечению наплавленного слоя. При равномерном распределении примеси по длине наплавляемого валика можно получить наплавленный металл заданного состава.

Если на изделие нанесено заданное количество легирующего материала, то химический состав наплавленного металла в значительной мере зависит от скорости подачи электродной проволоки (силы тока) и скорости наплавки. Это обусловлено тем, что на единицу массы легирующего элемента будет приходиться разное количество электродного металла, разбавляющего присадочный. Кроме того, состав наплавленного металла зависит от напряжения дуги, что обусловлено изменением относительной массы шлака. Поэтому заданный химический состав наплавленного металла можно получить в весьма ограниченном диапазоне режимов.

Для оценки точности получения наплавленного металла заданного состава при различных методах легирования и изменении режимов наплавки И. И. Фрумин предложил диаграмму, построенную в координатах сила тока - напряжение. На эту диаграмму наносят линии равных концентраций того или иного элемента - изоконцентраты. Зная предельно допустимые максимальные и минимальные содержания элементов для данного сплава и нанося их в виде изоконцентрат на указанную диаграмму, получают область режимов, характеризующую точность метода легирования.

Чем шире диапазон режимов, при котором обеспечиваются допустимые отклонения в составе наплавленного металла, тем надежнее метод легирования. Диаграмма на рис. 13-9 показана для металла ЗХ2В8, наплавленного под флюсом с использованием перечисленных выше чегырех методов легирования. По уменьше-