Взаимодействие металла с газами

СЛАЙД 7 При дуговой сварке газовая фаза зоны дуги, контактирующая с расплавленным металлом, состоит из смеси N₂, О₂, Н₂, СО₂, СО, паров Н₂О, а также продуктов их диссоциации и паров металла и шлака. Азот попадает в зону сварки главным образом из воздуха. Источниками кислорода и водорода являются воздух, сварочные материалы (электродные по­крытия, флюсы, защитные газы и т. п.), а также окислы, поверхностная влага и другие загрязнения на поверхности основного и присадочного металла. Наконец, кислород, водород и азот могут содержаться в избыточном количестве в переплавляемом металле. В зоне высоких температур происходит распад молекул газа на атомы (диссоциация). Молекулярный кислород, азот и водород рас­падаются и переходят в атомарное состояние О₂↔2О, N₂↔2N, Н₂↔2Н. Активность газов в атомарном состоянии резко повышается.

СЛАЙД 8 При контакте расплавленного металла, содержащегося в газовой или шлаковой фазах, происходит растворение кислорода в металле, а при достижении предела растворимости – химическое взаимодействие с образованием окислов. Одновременно происходит окисление примесей и легирующих элементов, содержащихся в металле. В первую очередь окисляются элементы, обладающие большим сродством к кислороду. Например, титан окисляется по реакции Ti+О₂=TiО₂, марганец по реакции Мn+О₂=МnO₂.

СЛАЙД 9 Железо образует с кислородом три соединения (окисла): закись железа FeO, содержащую 22,27% О₂; закись-окись железа Fe₃О₄, содержащую 27,64% О₂; окись железа, содержащую 30,06% О₂. Кислород снижает прочностные и пластические свойства металла.

Азот растворяется в большинстве конструкционных материалов и со многими элементами образует соединения, которые называются нитридами. С железом он образует нитриды Fe₂N (11,15% N₂), Fe₂N (5,9% N₂). Азот вызывает охрупчивание, поры и старение деталей.

СЛАЙД 10 Водород также растворяется в большинстве металлов. Металлы, способные растворять водород, можно разделить на две группы. К первой группе относятся металлы, не имеющие химических соединений с водородом (железо, никель, кобальт, медь и др.). Ко второй группе относятся металлы (титан, цирконий, ванадий, ниобий, тантал, палладий, редкоземельные элементы и др.), образующие с водородом химические соединения, которые называются гидри­дами. Водород – вредная примесь, так как является причиной пор, микро- и макротрещин в шве и в зоне термического влияния.

Углекислый газ, присутствующий в зоне дуги при сварке в СО₂,активно окисляет металл по реакции, которая протекает в две стадии:

В суммарном виде реакция имеет вид:

где [FeO] – закись железа, растворившаяся в железе.

СЛАЙД 11 Образующаяся окись углерода СО в металле шва не растворяет­ся, в процессе кристаллизации сварочной ванны она выделяется и может образовать поры. Углекислый газ применяют для защиты зоны сварки при использовании раскисляющих элементов (Мn, Si), нейтрализующих окислительное действие СО₂.

Водяной пар, находящийся в газовой фазе, взаимодействует с жидким металлом по уравнению .

Основные способы борьбы с вредным влиянием газов – качественная защита и применение элементов раскислителей в сварочных материалах.