сутствует, что, по-видимому, связано с наличием между столбчатыми кристаллитами прослоек, препятствующих дальнейшему их росту.

Под влиянием теплового и деформационного воздействия сварочного процесса может наблюдаться ухудшение свойств металла зоны термического влияния по сравнению со свойствами основного металла. Принятый технологический процесс сварки должен обеспечивать по возможности оптимальные условия формирования этой зоны и получение необходимого и достаточного качества металла на этом участке, от которого в значительной мере зависит работоспособность сварных конструкций.

§ 2-9. Металлургические процессы при сварке плавлением

Под термином металлургические процессы понимают высокотемпературные процессы взаимодействия фаз, имеющие целью получение металла. Они, как правило, сопровождаются переходом вещества из одной фазы в другую и могут являться реакциями перехода, замещения и распределения элементов между фазами. Так как металлургические процессы могут оказывать существенное влияние на качество сварного соединения, их необходимо учитывать и по возможности использовать при сварке.

Для случаев сварки плавлением взаимодействующими фазами являются жидкий и твердый металл, газ и жидкий шлак. Последний образуется при расплавлении шлакообразующих веществ электродного покрытия или флюса, а также в результате взаимодействия металла и газа.

Процессы сварки плавлением обязательно включают нагрев свариваемого и присадочного металла до расплавления, их последующее охлажденре и затвердевание. В связи с этим взаимодействие фаз сперва идет в условиях повышения, а затем понижения температуры. Это взаимодействие может быть эндотермическим, проходящим с поглощением теплоты, или экзотерлшче-ским, сопровождающимся выделением теплоты. Повышение температуры усиливает эндотермические процессы и ослабляет экзотермические. При понижении температуры имеет место противоположная тенденция.

При постоянных условиях (температура, давление и др.) реакции взаимодействия фаз с течением времени стремятся достигнуть равновесного состояния, при котором скорости прохождения этих реакций в одном направлении становятся равными скоростям их прохождения в противоположном направлении. Состояние равновесия реакций взаимодействия фаз зависит от температуры. Ввиду того, что температура в зоне сварки постоянно изменяется, реакции взаимодействия фаз могут изменять как направление, так и степень своего прохождения. При этом равновесие между реагирующими веществами, как правило, не успевает устанавливаться.

при всех способах сварки плавлением сварочная зона может быть разделена на высокотемпературную и низкотемпературную части. В высокотемпературной части сварочной зоны происходит нагрев металла, в низкотемпературной - его охлаждение. При дуговых способах сварки к высокотемпературной части зоны относятся сварочная дуга и прилегающие к ней области, а именно передняя часть сварочной ванны, конец электрода и капли электродного металла. К низкотемпературной относится хвостовая часть сварочной ванны. При электрошлаковой сварке к высокотемпературной части сварочной зоны следует отнести область вблизи конца (торца) электрода, к низкотемпературной - остальной объем сварочной ванны. Имеются высокотемпературная и низкотемпературная части зоны и при других способах сварки плавлением.

Наиболее интенсивное взаимодействие фаз имеет место при газовой и электродуговой сварке, когда длительность существования металла в жидком состоянии относительно велика. Вследствие большой концентрации энергии и малой площади пятна нагрева при электроннолучевой и импульсной лазерной сварке длительность существования металла в жидком состоянии мала. Скорость плавления, охлаждения и затвердевания металла велика, что затрудняет взаимодействие фаз. При электрошлаковой сварке газовая атмосфера с металлом сварочной ванны непосредственно не контактирует, вследствие чего основное значение имеет лишь взаимодействие металла со шлаком.

Процессы взаимодействия фаз в зоне сварки протекают одновременно, однако для удобства описания сначала рассмотрим взаимодействие металла с газовой фазой, а затем со шлаком.

Одной из главных задач при сварке плавлением является предупреждение вредного воздействия воздуха на металл. Эта задача обычно решается с помощью газовой или шлаковой защиты зоны сварки. Благодаря такой защите предупреждается доступ воздуха и взаимодействие составляющих его азота и кислорода с жидким металлом. Существенную роль при сварке может также играть водород. Перечисленные газы при взаимодействии с металлом могут физически в нем растворяться или же реагировать с ним с образованием химических соединений. В первом случае металл поглощает теплоту, во втором обычно происходит выделение теплоты. Химические реакции в зависимости от растворимости в жидком металле образовавшихся соединений можно разделить на три подгруппы: реакции, продукты которых хорошо растворимы в расплаве, реакции со средней их растворимостью и реакции, дающие нерастворимые соединения.

В табл. 2-6 приведены характеристики растворимости водорода, азота и кислорода в жидких металлах при их температуре плавления. В жидких, промышленно важных металлах, водород растворяется физически, тогда как азот и кислород преимущественно вступают с ними в химическое взаимодействие.

Таблица 2-6

Растворимость водорода, азота и кислорода в жидких металлах (Дж. Ф. Ланкастер)

Водород, кислород и азот в газовой фазе находятся в молекулярном виде Hj, N2 и Оа- В жидком же металле перечисленные газы растворяются в виде атомов (ионов) или же химических соединений, содержащих один атом соответствующего газа. Об этом свидетельствует установленная экспериментально зависимость между парциальным давлением этих газов р в газовой фазе и из( содержанием 5 в металле:

S = Kp4-.

Форма зависимости указывает, что газ растворяется в металле в диссоциированном на атомы состоянии, например по реакции

2 [н:

Так как водород растворяется в металлах с поглощением теплоты, то с повышением температуры его растворимость возрастает.

7 Заказ Ms 732 §7