ИнтергазПроизводство и продажа технических газов

Влияние смеси газов на окислительно-восстановительные процессы при сварке

В качестве защитных газов при сварке сталей используют углекислый газ, аргон, гелий, азот и их смеси. Преимущественное применение в промышленности получила дуговая сварка в активных или окислительных защитных газах С02 (Аг+С02), (Аг+02), (С02 + 02), и другие.

Сварка в указанных газах сопровождается заметными потерями ряда легирующих элементов, обладающих высоким сродством к кислороду, при переплавлении металла дугой.
При сварке в инертных газах, если обеспечена полная изоляция расплавленного металла от воздуха, химические реакции между металлом и окружающей средой сводятся к минимуму. Потенциальная возможность протекания реакций в этом случае определяется степенью чистоты газа.

Однако при сварке сталей с целью улучшения формирования шва, уменьшения разбрызгивания, применяют смеси аргона с (3 - 5) %02 и С02. В этом случае возможность окисления металла в сварочной ванне возрастает. Например, коэффициент перехода марганца из проволоки Св-18ХГСА при увеличении содержания кислорода в аргоне с 5 % до 20 % уменьшается с 0,85до0,65.

Зависимость степени окисления легирующих элементов при сварке в смеси (Аг + С02) от режима сварки объясняется влиянием последнего на условие взаимодействия металла с газовой фазой. С удлинением дуги, например, увеличивается окисление металла на стадии капли, ухудшаются условия защиты зоны плавления от воздуха. Увеличение силы тока способствует уменьшению окисления металла.
При сварке в углекислом газе металл соприкасается со смесью газов СО, С02,02, С, образующейся при диссоциации С02 в дуге. Эта смесь является довольно активным окислителем по отношению к наплавленному металлу в зоне плавления.

Новожилов Н.М. предложил следующую схему окислительно-восстановительных процессов при дуговой сварке в активных защитных газах.

В сварочной ванне одновременно протекают два противоположных процесса: окисление жидкого металла и его паров защитным газом; "осаждающее" раскисление металла сварочной ванны электродным или основным металлом. При этом продукты окисления металла определяют состав выделяющегося на его поверхности шлака, а продукты, раскисления оказывают решающее влияние на состав оксидных включений в металле шва. Т.е. при плавлении металл не только теряет активные элементы-раскислители вследствие окислительной газовой среды, но и одновременно насыщается кислородом. Объясняется это тем, что с повышением температуры уменьшается сродство к кислороду элементов-раскислителей. В результате в высокотемпературной области сварочной ванны кислород может существовать в значительных концентрациях даже с такими активными элементами, как С, Mn, Si, Ti и А1.

С понижением температуры из-за сдвига равновесия в сторону меньших значений сосуществующих концентраций кислорода и элемента-раскислителя происходит их взаимодействие.

Для элементов, образующих нерастворимые в металле оксиды в виде конденсированной фазы, реакции такого вида являются "осадительными", а продуктами их - дисперсные оксидные включения в металле.
Основываясь на работах К.В. Любавского, В.В. Подгаецкого, Н.Н. Потапова можно сделать следующие выводы по влиянию оксидных включений при сварке низкоуглеродистых сталей на свойства металла шва:

•  относительно крупные оксидные включения размером более 5 мкм не влияют на свойства металла шва;
•  неметаллические оксидные включения размером менее 5 мкм не влияют на пределы прочности и пластичности при статических испытаниях, а также предел выносливости металла швов;
• увеличение количества мелких неметаллических включений размером менее 5 мкм сопровождается значительным понижением ударной вязкости, повышению склонности сварных швов к горячим трещинам, повышением склонности металла к хрупкому разрушению, т.к. такие включения служат барьерами для перемещения дислокаций и могут вызвать зарождение трещин.

Особенно четко влияние оксидных включений проявляется при испытаниях металла швов на низколегированных сталях при отрицательных температурах. Например, металл швов, выполненных на сталях 15Х2НМФА при понижении температуры от 273° до 253 °К при содержании кислорода /О/в 0,03 % снижает ударную вязкость с KCV = 17,8 х 100 до kcv= 14,2 X 100 кДж/м Увеличение содержания кислорода до /О/ - 0,08 % уменьшает ударную вязкость при 253 °К дб KCV= 13 х 100 кДж/м2.

Таким образом, можно заключить, что содержание кислорода в металле швов низколегированных сталях следует ограничивать до /0/= 0,04 %. Такое ограничение по содержанию кислорода гарантируется при сварке в смеси аргона с 20 % углекислого газа.

Источник: http://svarschik . by