Сварка порошковой проволокой - Фрумин И.И.
Скачать (прямая ссылка):
Находящиеся в жидком железе углерод и кремний снижают растворимость азота; марганец, хром,ванадий, ниобий — повышают ее, а вольфрам и мо-. либден влияют незначительно. Влияние кислорода оценивается противоречиво По данным наиболее поздних исследований, кислород, как поверхностно-ак-тивный элемент, снижает скорость абсорбции азота. Подобное явление наблюдается и при окислении углерода.
В бинарных сплавах железа, содержащих элементы, обладающие высоким сродством к азоту, при определенных условиях образуются самостоятельные нитридные фазы. К числу элементов, способных образовывать нитриды в жидких и твердых железных сплавах, относятся титан и алюминий.
В системах Fe — Ti — N или Fe — А1 — N равновесие определяется условиями протекания реакций
Tipe + Npe TiNxB. (35)
А1ие + NFe AlNlB. (36)
Образование нитрида возможно, если парциальное давление азота превышает упругость диссоциации нитрида в данных условиях. На рис. 46 представлены зависимости предельных парциальных давлений азота рм2, при которых еще соблюдается закон Сивертса, от концентрации титана и алюминия в металле при температуре 1580° С. Выше этих парциальных давлений азота в сплавах Fe — Ti, Fe — А1 образуются нитриды. Данные о растворимости азота в сплавах железа с титаном и алюминием при температуре 1580° С и парциальном давлении азота 1 атм приведены на рис. 47. Кривые и Л2С2 на диаграмме характеризуют состояние равновесия реакций (35) и (36).
Рис. 46. Зависимость предельных значений рn2 от концентрации титана и алюминия в бинарных сплавах с железом [74].
48
При расплавлении железа электрической дугой содержание азота в нем оказывается выше, чем при плавлении без дуги [168]. Повышение активности азота в атмосфере дуги связано с возбуждением молекул и их диссоциацией, в связи с чем скорость растворения азота возрастает [159].
При дуговой сварке жидкий металл контактирует с атмосферой, содержащей азот в молекулярном, атомарном и возбужденном СО-
VJ м
05 О
1
3 пд%
Рис. 47. Растворимость азота в сплавах железа с титаном и алюминием при Pn2=1 атм [74].
Рис. 48. Схема диапазона рабочих режимов сварки.
стояниях. Содержание азота в жидком металле, контактирующем с такой атмосферой, может превышать растворимость в равновесных с молекулярным азотом условиях.
Содержание азота в металле шва существенно зависит от рода тока, полярности, режима сварки, состава атмосферы дуги, состава электродного материала.
По мнению большинства исследователей, изучавших вопросы взаимодействия металла с азотом при дуговой сварке, повышение напряжения дуги приводит к повышенному насыщению металла шва азотом [95, 120, 169, 173], а увеличение сварочного тока, по мнению одних исследователей, влияет незначительно, а по мнению других, это влияние существенно, причем зависит от полярности. При прямой полярности насыщение капель электродного металла азотом больше, чем при обратной [55, 89, 92, 173].
Экспериментальные данные, полученные для условий сварки в атмосфере, состоящей из смеси азота с различными газами, показывают, что повышение окислительного потенциала газовой фазы путем добавок кислорода, окиси и двуокиси углерода вызывает увеличение концентрации азота в наплавленном металле.
При легировании электродного материала различными элементами содержание азота в металле шва может изменятся в широких пределах. В большинстве случаев наблюдается удовлетворительное соответствие между влиянием элементов на содержание азота в металле шва и изменением растворимости азота в железе в присутствии этих элементов. В случае легирования титаном, алюминием или цирконием [14, 43, 44,121, 135] в металле шва обнаруживаются нитриды этих элементов.
4-95
49
При сварке открытой дугой без дополнительной защиты зоны дуги заметное снижение содержания азота в металле швов достигается благодаря увеличению доли газообразующих и шлакообразующих составляющих в электродном материале [91, 95, 120]. Появление дополнительных количеств газа в зоне дуги и увеличение объема шлака приводят к снижению парциального давления азота у поверхности расплавленного металла и замедлению скорости его поглощения.
Таким образом, содержание азота в металле шва при дуговой сварке, по мнению большинства исследователей, определяется условиями насыщения металла азотом: температурой металла, парциальным давлением газа в атмосфере дуги, степенью диссоциации и возбуждения в дуге его молекул, а также кинетическими параметрами плавления и переноса расплавленного металла, в частности величиной поверхности взаимодействия с газами и временем.
При сварке порошковой проволокой характер плавления и переноса металла, температурные условия, формирование газошлаковой защиты и другие факторы, как было показано выше, отличаются от наблюдаемых при других способах сварки, что приводит к изменению условий взаимодействия металла с азотом. Рассмотрим особенности этих процессов.
Влияние условий сварки на насыщение металла азотом. Величина применяемых на практике напряжений дуги и сварочных токов для данной порошковой проволоки ограничена определенными пределами, т. е. для данной проволоки существует диапазон режимов, в пределах которого возможен нормальный технологический процесс сварки. Этот диапазон принято называть диапазоном рабочих режимов сварки. Нарушение его приводит к появлению дефектов в швах, резкому ухудшению технологических характеристик. Схематически такой диапазон представлен на рис. 48. Линии А Б и В Г ограничивают пределы режимов сварки по напряжению дуги, линии АГ и БВ — по сварочному току. При пересечении диапазона линиями х — х' выделяется диапазон токов, которые могут быть использованы при данном напряжении, а линиями у — у' — диапазон напряжений для заданного тока.
