Легирование наплавленного металла

Легирование наплавленного металла осуществляется с соблю­дением следующих важных требований:

1. в качестве легирующих следует применять элементы, срод­ство которых к кислороду меньше, чем сродство раскисляющих элементов;

2. наряду с легирующим элементом целесообразно вносить в зону сварки и его оксид, наличие которого предохраняет леги­рующий элемент от выгорания.

Принципиально возможно осуществить легирование металла двумя путями: через металлическую фазу и через шлаковую, (легирование через газовую фазу также возможно, но этот процесс еще мало изучен). При легировании через металлическую фазу ле­гирующий элемент вводят в электродный стержень или присадоч­ную проволоку, а также применяют проплавление легированного основного металла, сопровождающееся переходом соответствующих элементов в сварочную ванну. Легирование через шлаковую фазу предполагает введение легирующих элементов в электродное покрытие или флюсы. Первый путь легирования (через металличе­скую фазу) более эффективен, так как при этом потери легирующего элемента незначительны икоэффициент перехода ηилиусвоения элемента - отношение прироста данного легирующего элемента в составе металла шва к количеству этого элемента, введенного в зону сварки, оказывается достаточно высоким.

Процесс легирования может происходить как в результате прямого растворения элемента в металле, так и на основе отдель­ных реакций. При этом, естественно, большую роль играет отно­шение взаимодействующих между собой масс металла и шлака, т. е. коэффициент β.

Рассмотрим легирование металла шва в результате марганце-восстановительного процесса при электродуговой сварке под флюсом. Уравнение реакции имеет вид

Константа равновесия этой реакции определяется выражением

(9.75)

Так как в стали [Fe] ≈ 1, то

Найдем константу распределения:

(9.77)

где (%Мn), [%Мn] - массовые концентрации марганца соответст­венно в шлаке и металле шва.

Используя выражение (9.76), запишем (9.77) в виде

(9.78)

Подставляя выражение (9.78) в формулу (9.77), с учетом (9.33) получаем расчетную формулу для определения концентрации Мnв металле шва:

(9.79)

Константу равновесия К'_сМnдля кислых марганцевых флюсов можно вычислить по формуле

(9.80)

где Т- абсолютная температура, К.

Расчеты марганцевосстановительного процесса по формулам (9.75)—(9.80) дают результаты, хорошо совпадающие с данными химического анализа. Пользуясь коэффициентами перехода η, следует помнить, что их значения зависят от условий, в которых они определены. Применять их можно только для грубых, ориен­тировочных расчетов. Числовые значения коэффициентов перехо­да приведены в гл. 10.

Следует отметить, что поскольку коэффициент ηявляется формальной величиной, то при его использовании учитываются только начальное и конечное состояния системы и совершенно не отражаются разнообразные и часто весьма сложные металлургиче­ские процессы, протекающие в реакционной сварочной зоне.

Легирование металла шва происходит во всех участках зоны сварки и на всех ее этапах, однако энергичнее и полнее - в процес­се каплеобразования.

Наиболее эффективен метод легирования сварочной ванны пу­тем ввода легирующих элементов, минуя стадию капли, в составе дополнительной легирующей присадочной проволоки при сварке с дополнительной горячей присадкой