Влияние вредных примесей на качество сварного шва

СЛАЙД 25 Рассмотрим влияние «вредных» примесей на качество сварных соединений, к которым относятся сера, фосфор, кислород, азот, водород, а в некоторых случаях и углерод.

Сера всегда является вредной примесью при сварке металлов, так как она образует относительно легкоплавкие эвтектики Ме-МеS,что создает возможность образования «горячих» или кристаллизационных трещин в металле шва. Ее содержание в металле и в сварочных материалах всегда следует жестко лимитировать.

Снижение вредного влияния серы достигается ее переводом из сульфидов железа в сульфиды с более высокой температурой плавления (MnS; T_пл=1883 К; CaS; Т_пл=2273 К), с тем чтобы она не могла участвовать в процессе кристаллизации, образуя неметаллические включения, еще в жидком металле сварочной ванны (Т_пл=1800 К).

Это достигается при введении в сварочную ванну достаточного количества марганца. Кальций вводят в металл ванны в виде силикокальция через электродные покрытия или порошковую проволоку.

Общее снижение содержания серы в металле при сварке возможно при сильно основных шлаках. Бескислородные фторидные флюсы также способствуют удалению серы из металла в результате образования летучих фторидов металла (FeF₂, FeF₃) и твердых сульфидов:

CaF₂+FeS→CaS+FeF₂↑.

Сера хорошо удаляется при электрошлаковой сварке и переплаве металлов.

СЛАЙД 26 Фосфор является вредной примесью в металлах, снижающей их пластичность. Так, при кристаллизации стали фосфор образует ряд соединений с железом (Fe₃P, Fe₂P, FeP и FeP₂), отличающихся своей хрупкостью, кристаллы которых могут стать зародышами холодных трещин. Содержание фосфора в металле шва при дуговой сварке понизить практически не удаётся, так как он удаляется в окислительных шлаках, а сварочные шлаки – восстановительные. Концентрация фосфора в шве значительно снижается при электрошлаковой сварке.

СЛАЙД 27 Кислород вредная примесь в металле при сварке, снижающая пластические свойства металла, поэтому при всех видах сварки предусматривается процесс раскисления металла шва до допустимой нормы. Однако при сварке конструкционных сталей следует сохранять некоторую окисленность металла для уменьшения растворимости водорода.

СЛАЙД 28 Азот поглощается металлом сварочной ванны из атмосферы дугового промежутка, в котором он находится, в основном, в атомарном и частично в ионизированном состояниях. Растворимость азота в жидком металле выше, чем в твердом, и в процессе кристаллизации металла шва он может выделяться в газообразном состоянии, образуя поры.

При кристаллизации металла сварочной ванны азот образует почти со всеми металлами соединения – нитриды различной степени устойчивости. Нитриды железа Fe₄N, Fe₂N образуют очень хрупкие игольчатые кристаллы, разрушение которых приводит к зарождению холодных трещин (замедленное разрушение). Из промышленных металлов только медь не дает устойчивых нитридов и поэтому ее можно сваривать в атмосфере азота.

Однако азот не всегда представляет собой вредную примесь и в некоторых сталях аустенитного класса содержание его доводят до 0,3 – 0,4 %.

СЛАЙД 29 Водород является вредной примесью, которая вызывает «водородную хрупкость». Источники водорода при сварке металлов:

· водород, поглощенный металлом из атмосферы дугового заряда;

· водород, растворенный в основном металле.

Водород, поглощенный из атмосферы дугового заряда, в котором он находится в атомарном и ионизированном состояниях, при кристаллизации резко понижает свою растворимость, и выделяясь из металла, вызывает возникновение пор и трещин.

Водород, содержащийся в основном металле, может находиться в состоянии твердого раствора внедрения – диффузионно-подвижный водород, а также находиться в связанном состоянии – гидридный водород. Водород в молекулярном состоянии находится в микронесплошностях металла.

Диффузионно-подвижный водород может перемещаться в металле в результате концентрационной или термической диффузии, создающейся вследствие градиента температур.

В результате образования сварного соединения в условиях высоких градиентов температур возникает неравномерная концентрация водорода, которая может быть устранена последующей термической обработкой.

Для металлов, не образующих гидридов, максимальная концентрация водорода наблюдается вблизи линии сплавления, а для гидридообразующих – в зоне термического влияния. Таким образом, при средней относительно небольшой концентрации водорода в металле в сварном соединении возникают опасные зоны повышенной хрупкости.

СЛАЙД 30 Способами снижения содержания водорода в зоне сварки являются частичное окисление атмосферы в сварочной зоне (сварка в СО₂, использование электродов с руднокислыми покрытиями), снижение парциального давления водорода и создание условий для уменьшения растворимости водорода в жидком металле сварочной ванны (введение во флюсы и покрытия CaF₂, фторидов и хлоридов) в целях связывания водорода в прочные соединения, не растворяющиеся в жидком металле (HF, HCl).

Необходимо проводить тщательную подготовку кромок под сварку, удаляя частично гидратированные оксидные пленки на металле, уменьшать содержание водяных паров в атмосфере дуги путем высушивания защитных газов, прокаливать электродные покрытия и сварочные флюсы перед сваркой.

СЛАЙД 31 Содержание углерода стараются сохранить при сварке низколегированных сталей до 0,25 %. Но углерод представляет собой вредную примесь при сварке специальных сталей и жаропрочных сплавов. Содержание углерода в них должно быть не более 0,03…0,06 %.

В результате взаимодействия с углеродсодержащими веществами в сварочных материалах (СаСО₃ и т.д.) содержание углерода при сварке может подняться выше допустимых пределов.

СЛАЙД 32 Содержание вредных примесей в металле сварного шва регулируется составом металла электродов и проволоки, составом шлака и покрытия электродов, а также защитой зоны сварки от взаимодействия с окружающей средой.