faблицa 2-?

Содержание кремния и марганца в основном, электродном и наплавленном металлах, %

талл и флюс, и вторая - в хвостовой части ванны, где понижается температура металла и шлака. Наиболее интенсивно взаимодей ствуют в сварочной ванне шлак и металл в жидком состоянии менее интенсивно действует жидкий шлак на затвердевший ме талл. Это происходит в течение сравнительно короткого времени когда шов уже затвердел, а шлак еще находится в жидком состоя НИИ. Интервал температур, в котором может происходить указан ное действие, с одной стороны ограничен температурой плавления шлака, а с другой - температурой плавления металла. Например, для сварки низкоуглеродистой стали под высококремнистым марганцевым флюсом этот интервал температур составляет 300- 400° С, время взаимодействия жидкого шлака и твердого металла шва для обычных режимов сварки не превышает 15-30 с. Вследствие взаимодействия со шлаком в поверхностном слое затвердевшего шва могут происходить окислительные процессы, причем составы поверхностного слоя и основной массы шва не успевают выравниваться (за счет диффузии).

С понижением температуры раскисляющая сила элементов возрастает. Поэтому, если при высоких температурах возможен переход кремния и марганца из шлака в металл, то при понижении температуры эти легирующие элементы в стали окисляются и переходят в шлак. Слои металла на поверхности шва окисляются шлаком с образованием окисной пленки, которая прочно удерживается на поверхности металла и способствует сцеплению с этой поверхностью слоя шлака. При значительной величине силы сцепления шлак с поверхности шва удаляется с трудом, при ее отсутствии или малой величине шлаковая корка самопроизвольно отделяется от шва.

Жидкие шлаки, в том числе и сварочные, являются электролитами. При прохождении через них электрического тока они подвергаются электролитической диссоциации, что может влиять на взаимодействие шлака и металла. Наиболее вероятно такое

ЁЛияние при электрошлаковой сварке, когда весь сварочный ток проходит через жидкий шлак. При дуговой сварке под флюсом доля тока, проходящего через шлаковую перемычку, невелика, и поэтому возможное влияние электролиза мало.

При сварке переменным током ввиду частой смены полярности влияние электролиза на химический состав металла шва незначительно. Существенное значение электролиз может иметь лишь при электрошлаковой сварке на постоянном токе. Например, в результате применения постоянного тока при электрошлаковой сварке и электрошлаковом переплаве можно достигнуть очистки металлической ванны от таких нежелательных примесей, как сера или водород.

В сварных швах всегда находятся неметаллические включения- микроскопически малые частицы неметаллического вещества. Они могут состоять из окислов, сульфидов, соединений фосфора, нитридов и др. Большинство неметаллических включений имеет эндогенное происхождение, т. е. образуются в металле сварочной ванны или металле шва из растворенных загрязняющих элементов. Лишь небольшая часть неметаллических включений имеет экзогенное происхождение, представляя собой мелкие частицы застрявшего в металле шлака.

Основная причина образования неметаллических включений - уменьшение растворимости загрязняющих элементов в металле при снижении температуры. Это характерно для металлов и в жидком, и в твердом состоянии. Резкое падение растворимости примесей имеет место при кристаллизации жидкого металла. Растворимость загрязняющих элементов изменяется и при фазовых превращениях металла в твердом состоянии (см. § 36).

В отличие от неметаллических включений шлаковые включения являются достаточно крупными частицами шлака, попавшими в металл шва вследствие резких нарушений технологического процесса сварки.

В зависимости от состава основного металла и предъявляемых к сварному соединению требований выбирают оптимальный химический состав металла шва. Требуемый состав шва может быть получен путем введения в него легирующих элементов из основного и электродного металлов, электродного покрытия или флюса. При условии постоянства режима сварки химический состав ме-

Таблица 2-8

Значение коэффициента усвоения, %

талла шва может быть рассчитан заранее. При этом исходят из доли основного и электродного металлов в металле шва и их химического состава, а также учитывают взаимодействие металла с газовой фазой и шлаком. Расчетное содержание элементов в металле шва определяют по формуле

[я,] = Уэ. [эл] -I- (1 - Уэ.) т ± R, (2-16)

где [/?эл ] - аналитическое содержание элемента в электродном металле, %; у, - доля участия электродного металла в металле шва; [Rq] - аналитическое содержание элемента в основном металле, %; AR - коэффициент усвоения, определяющий переход данного элемента из составляющих покрытия, флюса или из газа в металл шва (-f) или из металла шва в окружающую среду или шлак (-).

Величину AR определяют опытным путем. Для примера в табл. 2-8 приведены значения AR при сварке низкоуглеродистой стали низкоуглеродистой проволокой под флюсом АН-348-А (сварка под флюсом) и под флюсом АН-8 (электрошлаковая сварка).

Из приведенных в табл. 2-8 данных и уравнения (2-16) видно, что при заданном химическом составе основного металла состав металла шва можно регулировать главным образом за счет изменения состава сварочной или присадочной проволоки и долей основного и электродного металлов в металле шва. Требуемое легирование металла шва при сварке качественными электродами осуществляется в основном за счет входящих в покрытие ферросплавов. Степень легирования шва может быть при этом настолько велика, что, например, с применением обычной низкоуглеродистой проволоки можно получить высоколегированный наплавленный металл.

Чтобы обеспечить постоянство химического состава металла шва и стабильность качества сварного соединения, необходимо гарантировать постоянство состава и качества сварочных материалов.