Металлургия сварки под флюсом

По способу приготовления сварочные флюсы разделяются:

1. Керамические – получают путем грануляции замеса из порошковых компонентов, связанных жидким стеклом. Керамические флюсы могут содержать металлические порошки для раскисления и легирования. Недостаток – высокая гигроскопичность.

2. Плавленые – получают путем сплавления компонентов с последующей грануляцией. Получили наибольшее распространение.

В качестве примера приведем состав плавленого флюса для сварки сталей марки АН-348А.

SiO₂ – 41-44%

MnO – 34-38%

CaO+MgO <17%

Al₂O₃ <6 %

CaF₂ < 4-6 % Шлак основной.

В высокотемпературной зоне развиваются следующие реакции

Fe + (MnO) ↔[Mn] + [FeO],

2Fe + (SiO₂) ↔ [Si] + 2[FeO],

[FeO] + [C] ↔ Fe + CO .

Происходит легирование Mn и Si и выгорание углерода в стали. Интенсивное перемешивание шлака с металлом способствует переходу FeO в шлаковую фазу по схеме [FeO]→ (FeO) . В шлаке FeO переходит в соответствующие силикаты.

При понижении температуры Mn и Si начинают раскислять металл шва;

[ Mn ] + [ FeO ] → Fe + ( MnO )

[ Mn ]

Но, т.к. основная часть FeO уже извлечена шлаком и скорость реакции намного ниже, то наблюдаем остаточное легирование. Легирование Mn и Si сильно зависит от основности флюса В ( см. график ).

			B

Большое влияние на переход легирующих элементов оказывают параметры режима, в особенности напряжение. Повышение напряжения увеличивают длину столба дуги и, следовательно, протяженность высокотемпературной зоны. Наблюдается более интенсивное выгорание углерода.

В определенных приделах с увеличением напряжения увеличивается содержание [ Mn ] и [ Si ]

При сварке под флюсом сера легко удаляется по реакции

Шлак (FeS) + (CaO) ↔ (CaS) + (FeO)

↑↓ ↑↓

Металл [FeS] [FeO]

Фосфор связывается по реакции

2[Fe₃P] + 5[FeO] ↔ (P₂O₅) + 11Fe .

Недостатком сварки под флюсом является наличие повышенного содержания паров воды и водорода в атмосфере дуги и, как результат, повышенное содержание водорода в сварочном соединении.

Вода присутствует во флюсах в следующих соединениях:

1. Гидратная, которая входит в структуру молекул компонентов флюса.

2. Цеолитная, которая содержится в микроскопических пустотах алюмосиликатов, но химически не связана с молекулами.

3. Адсорбированная на поверхности зерен флюса.

Все виды воды легко удаляются прокаливанием до 300⁰С. Для связывания водорода, в состав активных флюсов всегда входят CaF₂ и реже другие фториды. Они связывают водород в более устойчивые соединения, нерастворимые в металле.

CaF₂ + Н₂O ↔ CaO + 2HF.

Сварка в среде СО₂ и инертных газах

Углекислый газ защищает металл шва от вредного воздействия азота воздуха. В области высоких температур он диссоциирует по реакции

2СО₂ ↔ СО + О₂ .

В районе столба дуги углекислый газ диссоциирует полностью. По отношению к металлу и цементиту она окислительная .

2Fe + O₂ ↔ 2FeO ;

[Fe₃C] + [FeO] ↔ 4Fe + CO .

Однако наличие СО тормозит эти процессы.

Окислительная атмосфера требует дополнительного введения раскислителей в состав электродной проволоки (проволока Св 08Г2С).

Наличие кислорода в высокотемпературной области тормозит диссоциацию паров воды. Вдали от дуги происходит обогащение атмосферы углекислым газом и водород, образовавшийся при диссоциации паров, будет связываться

Н₂ + СО₂ ↔ Н₂О

При сварке в среде СО₂ поглощается меньше водорода по сравнению с другими видами сварки.

Инертные газы аргон и гелий не образуют химических соединений с металлами и не растворяются в них. Поэтому вредные процессы наводораживания, азотирования и окисления связаны с несовершенством газовой защиты и наличием загрязнений на свариваемых кромках. Большое влияние оказывает чистота защитного газа. Для сварки активных металлов (Ti, Zr, Nb) употребляется аргон марки А(не более 0,02% примесей), для сплавов Al и Mg – марки Б (до 0,05% примесей) и для хромоникелевых сталей – марки В и Г(0,1-5% примесей). Рекомендуется пропускать газ через нагретую до 500 ^оС стружку титана. В этом случае возможны реакции

3Ti + 2H₂O ↔ TiO₂ + 2TH₂ ,

Ti + O₂ ↔ TiO₂ ,

2Ti + N₂ ↔ 2TiN₂ .

При аргоно-дуговой сварке низкоуглеродистых сталей возможно порообразование вследствие реакции

[Fe₃C] + [FeO] ↔ 4Fe + CO.

Для подавления этой реакции требуется дополнительное количество раскислителей (присадочная проволока Св 08Г2С). Эффективна добавка до 5% О₂, что вызывает дополнительное кипение и интенсивное удаление газов.