Как кислород влияет на металл

Обновлено: 23.01.2025

В течение плавки стали в дуговой печи кислород попадает в металл и частично растворяется в нем, такой процесс обычно называют окис­лением металла.

Окисление металла и его примесей происходит в основном за счет оксидов железа, загруженных на шлак твердых окислителей, вдувае­мого в печь и в расплав газообразного кислорода и в незначительной степени за счет кислорода печной атмосферы. Присадки твердых окис­лителей на шлак приводят к повышению содержания в нем оксидов железа (Fe2O3, FeO). На границе раздела металл – шлак Fe2О3 восста­навливается до FeО. В соответствии с законом распределения кисло­род переходит из шлака в металл по схеме

Оксиды железа могут передавать в металл кислород из печной ат­мосферы, в том числе и в случае подачи кислорода в рабочее про­странство, когда на поверхности контакта шлака и печной атмосферы FеО окисляется до Fе2O3 по схеме

Образовавшийся оксид Fе2O3 восстанавливается на поверхности контакта с металлом до FеО, что способствует переходу кислорода в металл вследствие увеличения концентрации и активности FеО и по­вышения окислительной способности шлака. Кислород, поступивший в расплав, расходуется в основном на окисление примесей.

При вдувании газообразного кислорода непосредственно в метал­лический расплав струя кислорода внедряется в металл, и в этой зоне, по-разному называемой в специальной литературе (зона продувки, зо­на внедрения, реакционная зона), на поверхности пузырьков и струй идет прямое окисление железа по схеме

Там же может протекать окисление примесей кислородом:

Объем зоны продувки сравнительно невелик, даже в кислородных конверторах он не превышает 10… 13 %. Поэтому окисление примесей в основном протекает в остальном объеме ванны, часто называемом циркуляционной зоной. Кислород туда попадает вследствие растворе­ния его в железе в зоне продувки по схеме (FеО) = Fе + [О] и после­дующего переноса в объеме расплава конвективными потоками.

Следует помнить, что часть примесей, находящихся в металличе­ском расплаве, легко окисляется кислородом (Si, Тi, Аl, V, В); часть примесей практически не окисляется (Ni, Мо, Сu, Со, W); часть приме­сей окисляется не полностью (Мn, Сr).

Наибольший интерес для металлургов представляет реакция окис­ления углерода, так как продуктом этой реакции является газообраз­ный оксид углерода СО , пузырьки которого, выделяясь из металличе­ского расплава, перемешивают его, способствуют выравниванию хи­мического состава расплава и его температуры, ускоряют нагрев ме­талла, удаляют растворенные в металле газы, проходя через слой шла­ка, способствуют его вспениванию.

Процесс окисления углерода в ванне сталеплавильной печи доста­точно хорошо изучен и может быть описан следующими схемами:

1) окисление кислородом оксидов железа шлака

2) окисление кислородом, растворенным в металле,

3) окисление газообразным кислородом в виде пузырьков, попав­ших в ванну при продувке кислородом,

Повышение температуры всегда способствует более полному и бы­строму окислению углерода. Заметное окисление углерода наблюдает­ся лишь при определенной температуре. Минимальный необходимый перегрев металла над линией ликвидуса (температурой полного рас­плавления), при котором начинается процесс окисления углерода, со­ставляет 30…40 °С, практически он несколько выше.

Следует помнить, что при окислении углерода газообразным ки­слородом суммарный тепловой эффект процесса положителен и выде­ляется большое количество тепла; при окислении углерода оксидами железа шлака суммарный тепловой эффект процесса отрицательный из-за больших затрат энергии на перенос кислорода из шлака и тепло поглощается ванной. Поэтому окисление углерода газообразным ки­слородом в принципе начинается раньше и может быть использовано, как отмечалось выше, для ускорения расплавления ванны. При окис­лении углерода оксидами железа шлака, вносимыми в шлак твердыми окислителями, температура ванны сначала может снизиться, так как тепло расходуется на нагрев и плавление твердых окислителей, а за­тем— на осуществление реакции окисления углерода оксидами железа шлака, соответственно уменьшится и скорость окисления углерода. Практически с самого начала применения газообразного кислорода в металлургии даже в старых цехах с маломощными печами стремились проводить комбинированное окисление углерода твердыми окислите­лями и газообразным кислородом для ускорения процесса.

При изучении кинетики процесса обезуглероживания многочис­ленными исследованиями были установлены так называемые критиче­ские концентрации углерода (0,15…0,30 %), при достижении которых резко снижается скорость окисления углерода и изменяется режим взаимодействия углерода и кислорода. В области концентраций угле­рода выше критических процесс окисления углерода лимитируется внешней диффузией (интенсивностью подачи кислорода), т. е. увели­чив интенсивность подачи кислорода в расплав, можно увеличить и скорость реакции окисления. При концентрации углерода ниже крити­ческих скорость обезуглероживания почти не зависит от интенсивно­сти продувки кислородом и уменьшается пропорционально пониже­нию концентрации углерода. При концентрациях углерода менее 0,05 % скорость обезуглероживания определяется только диффузией углерода к месту протекания реакции и может быть повышена лишь за счет дополнительного перемешивания расплава.

В отдельных случаях скорость процесса обезуглероживания может определяться процессом выделения СО, получаемого в результате окисления углерода. Известно, что для образования пузырька СО в металле необходимо преодолеть давление столба металла рм, столба шлака рш, атмосферы над ними ратм, силы сцепления жидкости 2 σ/r, где σ – поверхностное натяжение металла, r — радиус обра­зующегося пузырька:

При малых значениях r величина 2 σ/r огромна и образование пузырьков СО в объеме жидкого металла практически невозможно. Такой процесс возможен лишь на границах раздела фаз: шлак – металл; неметаллическое включение – металл; футеровка ванны – металл; газовый пузырь -металл. Наиболее благоприятны условия об­разования пузырьков СО на границе раздела футеровка – металл, вследствие шероховатости футеровки, плохой смачиваемости ее ме­таллом и наличия микропор, заполненных воздухом, в поверхност­ном слое футеровки.

Наблюдаемая в конце окислительного периода плавки окисленность металла близка к равновесной для реакции окисления углерода, но несколько выше ее (рис. 3.1). Разница между фактической и равно­весной концентрациями углерода вызвана как раз трудностями с выделением оксида углерода (СО) в газовую фазу.

Зависимость фактических и равновесных со шлаком концентраций кислорода в стали от содержания углерода в процессе его окисления в дуговых печах вместимостью 100 и 40 т

Следует подчеркнуть, что для условий окислительного периода плавки вполне допустимо окисленность металла характеризовать со­держанием кислорода в металле, определенном методом вакуум- плавки. Как известно, этот метод позволяет определить лишь общее содержание кислорода в металле

В окислительный период плавки в результате кипения ванны прак­тически все кислородсодержащие неметаллические включения из ван­ны удаляются и [О]общ = [О]раств, т. е. весь кислород растворен в ме­талле. В дальнейшем после раскисления стали в ней содержится неко­торое количество неметаллических продуктов раскисления и часть ки­слорода находится в виде [О]вкл . Из-за трудностей определения со­держания растворенного в металле кислорода окисленность металла в таких случаях обычно характеризуют величиной активности кислорода в металле , получаемой расчетным путем с учетом состава стали либо определяемой методом ЭДС непосредственно в жидком металле.

Кислород. Его свойства . Влияние примесей кислорода на газовую резку металла.

По степени механизации процесса резку подразделяют на ручную и механизированную. Ручную резку применяют на предприятиях, где объём перерабатываемого металла невелик и применение средств механизации процесса не является экономически оправданным.

В настоящее время в ведущих отраслях промышленности уровень механизации работ по раскрою с помощью резки составляет 70…80%. Для обработки заготовок из низкоуглеродистых, конструкционных и низколегированных сталей применяют обычную газовую (кислородную) резку, из высоколегированных сталей, чугуна и цветных сплавов – кислородно-флюсовую резку.

Плазменно-дуговую резку целесообразно применять для коррозионно-стойких сталей толщиной до 80 мм, алюминиевых и магниевых сплавов. При плазменно-дуговой резке цветных металлов используют азотоводородные смеси. Для резки конструкционных и высоколегированных сталей в качестве плазмообразующей среды используют сжатый воздух.

Различают разделительную и поверхностную резку. В результате резки в обрабатываемом металлическом теле выполняют полость – рез. Полость разделительного реза, имеющего форму узкой сквозной щели, ограничена боковыми поверхностями и не имеет донной поверхности. В передней части незавершённого реза находится его лобовая поверхность. Полость, образующаяся при поверхностной резке, имеет донную поверхность, а также может иметь боковые и лобовую поверхности.

Технология газовой резки металла.

Сущность процесса газовой резки металла основан на сгорании металла в струе кислорода и удалении этой струей образующихся жидких окислов.

Кислородная резка начинается с нагрева металла в месте начала резки. Для подогрева поверхности металла до температуры воспламенения используется температура подогревающего пламени, образующегося при сгорании горючего газа или паров жидкого горючего в кислороде. В качестве горючих газов применяются: ацетилен, пропан-бутан, природный газ, коксовый газ, а также пары бензина и керосина.

Температура воспламенения металла в кислороде должна быть ниже температуры плавления. Этому требованию соответствуют низкоуглеродистые стали, температура воспламенения которых в кислороде около 1300ºС, а температура плавления около 1500ºС.Таким образом когда температура металла достигает требуемой для резки величины (1300-1350ºС), резчик открывает вентиль режущего кислорода. Струя режущего кислорода, направленная на нагретый участок металла, вызывает окисление верхних его слоев. При этом выделяется большое количество теплоты и нижележащие слои металла нагреваются до температуры воспламенения. Давлением струи режущего кислорода жидкие окислы металла выдуваются с места реза, при этом подогревающее пламя не гасится, процесс горения металла распространяется по всей толщине разрезаемого металла, что способствует непрерывности процесса резки. Равномерное перемещение резака обеспечивает нормальный процесс кислородной резки.

Условия кислородной резки.

Обычной кислородной резке поддаются не все металлы, а только те, которые удовлетворяют следующим требованиям:

Температура воспламенения металла в кислороде (при которой металл интенсивно окисляется в кислородной струе) должна быть ниже температуры его плавления. В противном случае металл начнет плавиться и стекать раньше, чем гореть в кислороде.

Температура плавления окислов должна быть ниже температуры воспламенения и плавления основного металла. В противном случае тугоплавкие окислы не будут выдуваться струей кислорода и процесс резки может прекратиться.

Количество теплоты, выделяющейся при сгорании в струе кислорода, должно быть достаточным для подогревания последующих нижележащих слоев,для обеспечения непрерывного процесса резки.

Теплопроводность металла не должна быть слишком высокой. В противном случае теплоты от подогревающего пламени и выделяемой в процессе резки теплоты будет недостаточно, для обеспечения воспламенения металла. Это приведет к тому, что резка или не начнется или будет прерываться.

Образующиеся при сгорании шлаки должны быть жидкотекучими, иначе они будут плохо выдуваться с зоны реза кислородной струей.

Кислород. Его свойства . Влияние примесей кислорода на газовую резку металла.

Кислород. Химическая формула – О2.Газообразный кислород – бесцветный газ, без запаха и цвета, поддерживает горение.

При нормальном атмосферном давлении и температуре 0ºС масса 1м³ равна – 1,43 кг, а при температуре 20ºС и нормальном атмосферном давлении – 1,33 кг.

О2 имеет высокую химическую активность, образуя соединения со всеми химическими элементами, кроме инертных газов (аргон, неон, гелий и т.д.)

Реакция соединения с О2 протекает с выделением большого количества тепла. При соприкосновении сжатого газообразного кислорода с маслами, жирами или твердыми горючими веществами, находящимися в распыленном состоянии, происходит их самовоспламенение, что служит причиной взрыва или пожара.

Технически чистый кислород получают путем разделения воздуха методом глубокого охлаждения или разложением воды при пропускании через нее электрического тока. (электролиз).

Для сварки и резки технический кислород выпускается трех сортов:

1 сорт – чистотой не менее 99,7%

2 сорт – чистотой не менее 99,5%

3 сорт – чистотой не менее 99,3%

Чистота кислорода имеет большое значение для кислородной резки: Чем меньше содержание различных примесей, тем выше скорость реза, чище кромки реза и меньше расход кислорода.

Природный газ

Природный газ без цвета, вкуса и запаха. Удельный вес – 0,75кг/м³. Наименьшая температура воспламенения в смеси с воздухом при нормальном давлении - 640ºС. Температура пламени смеси природного газа с кислородом – 2000 - 2200ºС. Для полного сгорания 1м³ природного газа требуется примерно 2м³ кислорода.

Природный газ взрывоопасен. Взрыв может произойти при определенных соотношениях газа в смеси с воздухом и с кислородом и при наличии источника тепла, имеющего температуру выше температуры воспламенения смеси.

Нижний предел взрывоопасности – это самое малое содержание газа в смеси с воздухом или кислородом, при котором может произойти взрыв. Для природного газа он будет: с воздухом - 3,8% , с кислородом – 6,49%.

Верхний предел взрывоопасности – это самое высокое содержание газов в смеси с воздухом или кислородом, при котором возможен взрыв. Для природного газа: с воздухом – 17, 8% ,с кислородом – 47,6%.

Ацетилен.

Химическая формула – С2Н2.

Технический ацетилен, получаемый в передвижных ацетиленовых генераторах, из карбида кальция, имеет специфический неприятный запах. Длительное вдыхание его вызывает тошноту, головокружение и даже отравление.

При нормальном давлении и температуре от -82,4ºС до -84,0ºС ацетилен переходит в жидкое состояние, а при температуре равной -85ºС он затвердевает.

В жидком и твердом состоянии ацетилен взрывается от трения и удара. Ацетилен растворяется во многих жидкостях: ацетоне, воде, керосине, бензине, бензоле и т.д.

Растворимость ацетилена в ацетоне используют при хранении и перевозке его в баллонах, наполненных пористой массой, древесным углем и залитых растворенным, в ацетоне, ацетиленом.

Ацетилен является основным горючим газом для газовой сварки и резки металла, т.к. температура его при сгорании в смеси с технически чистым кислородом достигает 3150ºС.

Ацетилен легче воздуха, масса 1м³ацетилена при температуре 20ºС и нормальном атмосферном давлении составляет 1,09 кг.

При использовании ацетилена необходимо учитывать его взрывоопасные свойства. Это единственный широко применяемый в промышленности газ, горение и взрыв которого возможны даже при отсутствии кислорода или других окислителей. Температура его самовоспламенения колеблется от 240 до 630ºС и зависит от давления и наличия в нем примесей.

Влияние газов на свойства металла

Определение газов в металле проводится путем установления составляющих, которые при первоначальном взаимодействии с металлом находятся в газообразном состоянии или выделяются из металла в этом состоянии. Наиболее часто встречаются в металле – водород, кислород, азот. Сложные газы H20, CO, CO2, SO2 образуются в процессе выделения газов из металла.

Газы находятся в металле в форме:

- газовых включений (пор, пузырей),

-химических соединений (оксидов, нитридов, гидридов),

-растворов внедрения (статически равномерно распределяются в его кристаллической решетке)

-адсорбированных на поверхности металла тонких слоев.

Влияние газов на свойства металла зависит от формы присутствия газа.

При высокой температуре газы в жидком металле находятся в растворенном состоянии. При снижении температуры уменьшается растворимость газов что приводит к выделению их из раствора. При кристаллизации слитка выделяющиеся газы могут образовывать газовые пузыри и поры, что нарушает сплошность металла, уменш. плотность, и приводит к снижению качества металла.

Газы, растворенные в твердом металле снижают механические свойства, коррозионную стойкость, ухудшают магнитные характеристики.

ВОДОРОД. Вызывает появление флокенов - внутренних трещин.

Влияет на механические свойства металла вызывая водородное охрупчивание стали, при котором наблюдается снижение пластических свойств металла. Водородная хрупкость стали связана с повышением давления водорода в микропорах металла. Давление водорода превышающее предел упругости металла, приводит к деформации кристаллической решетки и облегчает разрушение металла при испытании. Водород снижает усталостные свойства стали, облегчая образование трещин, ведущих к разрушению образца при испытаниях на длительную прочность т.е. под влиянием длительной статической нагрузки, способствует коррозионному растрескиванию стали, возникновению в стали дефектов – пузыри, центральная пористость, пятнистая ликвация.

АЗОТ – вредное влияние азота проявляется в снижении пластических свойств малоуглеродистых сталей. С понижением температуры из феррита (тв.р-р углерода в α Fe) выделяется мелкозернистая фаза нитридов Fe4N. Этот процесс при низких температурах происходит медленно и называется старением стали. Выделение азота в отдельную фазу сопровождается возникновением напряженности структуры металла, повышением его твердости и хрупкости, снижением пластичности.

В средне и малоуглеродистых сталях наличие азота вызывает хрупкий (интеркристаллитный) излом, который связан с ослаблением границ зерен аустенита (тв.р-р углерода в g Fe) вследствие выделения включений нитридов.

Кислород.- общее содержание кислорода в стали, состав, структура форма и расположение кислородных включений их количество влияют на механические и другие свойства металлов и сплавов.

Изменяя кристаллическую решетку и микроструктуру металла, примеси газов даже в небольших концентрациях существенно влияют на физико-химические характеристики и эксплуатационные свойства металлов и сплавов. В основном это влияние отрицательное.

В изделиях важно распределение газов по микро- и макроструктуре, и перераспределение их условиях эксплуатации под влиянием окружающей атмосферы и механической нагрузки.

Определение газов необходимо – при выплавке и других переделах для того чтобы свести к минимуму их содержание, для анализа готовой продукции, для изучения и прогнозирования поведения изделий в процессе эксплуатации. содержание газов на металлопродукцию нормировано ГОСТом.

Методы определения газов должны решать задачи:

Экспресс-анализ металла по ходу плавки, массовый анализ готовой продукции, распределение в металле, определение газов на поверхности металла.

Разработан ряд способов пробоотбора металла, но наиболее перспективные методы непосредственного анализа жидкого металла.

Влияние кислорода на свойства стали

Кислород растворяется во многих металлах, в том числе и в железе. Изучение особенностей растворения кислорода в железе позволяет сделать выводы относительно взаимодействия кислоро­да со сталью, основой которой является железо. Железо с кислоро­дом образует три оксида в результате следующих реакций:

2Fe + О2 2FeO (закись, содержащую 22,7 % 02);

6FeO + О2 2Fe304 (закись-окись, содержащую 27,64 % О2);

4Fe304 + О2 бРегОз (окись, содержащую 30,06 % О2).

Из этих трех оксидов только закись железа FeO растворима в железе и поэтому наиболее сильно влияет на его свойства в соста­ве свариваемого металла. Остальные оксиды в железе не раство­ряются, могут в нем присутствовать только в виде отдельных включений и легко разлагаются при высоких температурах.

Установлено, что при температуре плавления железа предель­ная растворимость кислорода в железе составляет сотые доли про­цента (0,16 %), а при комнатной температуре - тысячные доли процента. Твердый раствор О2 в Fe называют оксиферритом.

На рис. 9.8 приведена левая часть диаграммы состояния «желе­зо - кислород». При температуре 845 К закись FeO, находящаяся в железе вне твердого раствора, разлагается с образованием закиси - окиси:

4FeO -► Fe304 + Fe. (9.16)

Таким образом, при комнатной температуре кислород находит­ся в железе как в твердом растворе Fea (в оксиферрите), так и в виде включений Рез04.

В начале третьего тысячелетия сварка продолжает оставаться одним из ведущих технологических процессов создания материальной основы современной цивилизации. Более половины валового национального продукта промышленно развитых стран создается с помощью сварки и родственных технологий. До 2/3 мирового потребления стального прока­та идет на производство сварных конструкций и сооружений. Во многих случаях сварка является наиболее эффективным или единственно воз­можным способом создания неразъемных соединений конструкционных материалов и получения ресурсосберегающих заготовок, максимально приближенных по геометрии к оптимальной форме готовой детали или конструкции.

Сварке подвергаются практически любые металлы и неметаллы (пластмассы, керамика, стекло и др.). Разработка новых технологических процессов, сварочных материалов и процессов термической обработки сварных соединений требует основательной теоретической подготовки в области сварочных процессов. В связи с этим в Стандарте учебной про­граммы по специальности 150202 «Оборудование и технология свароч­ного производства» дисциплина «Теория сварочных процессов» является базовой при подготовке инженеров-механиков. Она охватывает широкий круг процессов, происходящих при сварке материалов и определяющих в конечном итоге качество и работоспособность сварных соединений.

Учебник написан коллективом авторов - сотрудников кафедры «Тех­нологии сварки и диагностики» МГТУ им. Н. Э. Баумана и включает в себя четыре раздела:

I. «Источники энергии для сварки» (д-р техн. наук, проф. В. М. Не­ровный);

II. «Тепловые процессы при сварке» (д-р техн. наук, проф. А. В. Ко­новалов);

III. «Физико-химические и металлургические процессы при сварке» (д-р техн. наук, проф. Б. Ф. Якушин);

IV. «Термодеформационные процессы и превращения в металлах при сварке» (д-р техн. наук, проф. А. С. Куркин, д-р техн. наук, проф.

Э. Л. Макаров, д-р техн. наук, проф. А. В. Коновалов).

При описании процессов, сопутствующих образованию сварных со­единений, используется широкий круг вопросов из различных фундамен­тальных дисциплин. Поэтому при подготовке учебника авторы придер­живались учебного плана по данной специальности, согласно которому

Скачки потенциала в катодной и анодной областях обусловле­ны скоплениями пространственного заряда и повышенным сопро­тивлением этих областей по сравнению со столбом дуги.

Неравномерным оказывается и распределение температуры по длине столба дуги. Высокие значения температуры в столбе дуги (плазменном канале) снижаются до существенно меньших значе­ний на поверхности электродов. Все это приводит к тому, что

Рис. 2.4. Зоны дуги

условия в приэлектродных областях заметно отличаются от условий в плаз­менном канале (шнуре), и, следова­тельно, при изучении процессов в дуге следует выделить три зоны: катодную 1, анодную 2 и столб дуги 3 (рис. 2.4).

В газовом промежутке между двумя электродами заряженные частицы мо­гут возникнуть во всех трех зонах, но главным образом они появляются в ре­зультате процессов эмиссии на катоде и объемной ионизации в столбе дуги. В связи с ограниченностью эмиссии элек­тронов столб дуги (как и любой про­водник) вдали от катода сохраняет по отношению к нему положительный потенциал, поэтому часто его называют положительным столбом. В то же время не следует за­бывать, что плазма столба обычно квазинейтральна.

Особенности металлургических процессов при сварке, влияние кислорода, азота и водорода, содержащихся в воздухе, на металл шва

Процесс электрической сварки плавлением характеризуется химическими реакциями, которые возникают между расплавленным металлом и окружающей средой. При переносе металла с электрода в сварочную ванну капли и пары электродного металла и сварочной ванны, нагретые до высоких температур, взаимодействуют с атмосферными и другими газами и жидким шлаком. Поэтому химический состав наплавленного металла может существенно отличаться от химического состава электродов и основного металла. Это, как правило, усугубляется высокой температурой сварочной ванны и малым временем пребывания металла в жидком состоянии. Таким образом, в процессе сварки в течение короткого промежутка времени происходят сложнейшие процессы взаимодействия различных химических элементов. Основное влияние на качество сварного шва оказывают кислород, азот и водород. При неправильном ведении процесса сварки водород образует поры в шве, а кислород и азот существенно ухудшают механические свойства наплавленного металла. Кислород попадает в зону сварки из окружающего воздуха, из влаги кромок свариваемого металла, из влаги флюсов, обмазки электродов и защитных газов, а также из материалов обмазки и флюсов. В материалах обмазки и флюсах кислород находится в виде оксидов марганца, кремния и др. В процессе сварки кислород соединяется с железом и остается в металле шва в виде оксида FeO.

С повышением содержания кислорода в металле шва снижается предел прочности, предел текучести, ударная вязкость; ухудшается коррозионная стойкость, жаропрочность сталей. Удаление кислорода из расплавленного металла достигается за счет введения в сварочную ванну таких элементов, как марганец и кремний. Эти элементы взаимодействуют с оксидом железа FeO, кислород в связанном состоянии переходит в шлак или на поверхность сварочной ванны. Такой процесс называется раскислением. Азот попадает в зону сварки из окружающего воздуха. Азот растворяется в железе, марганце, титане, молибдене и вступает с ними в химическое взаимодействие с образованием нитридов. Нитриды резко увеличивают прочность и снижают пластичность сварного шва. Для уменьшения содержания азота в металле шва необходимо исключить азот из зоны сварки. Этого достигают при сварке в защитных газах. Водород, подобно кислороду и азоту, поглощается в процессе сварки металлом шва. Источником водорода в зоне сварки может служить атмосферная влага, влага покрытия или флюса, влага ржавчины на поверхности сварочной проволоки и на свариваемых кромках. В отличие от кислорода и азота водород не образует в процессе сварки химических соединений с железом, а лишь растворяется в расплавленном металле. Повышенная растворимость водорода в жидком металле приводит к пористости. Уменьшения содержания водорода в металле шва можно добиться путем предварительного прокаливания толстопокрытых электродов и флюсов, тщательной зачисткой свариваемых кромок от ржавчины, окалины и других загрязнений, предварительным нагревом деталей.

Одновременно с удалением из металла шва кислорода, азота водорода необходимо также очищать (рафинировать) металл шва от серы и фосфора, являющихся вредными примесями в сталях. Сера попадает в сварочную ванну из основного металла, сваркой проволоки, покрытий и флюсов. Наиболее неблагоприятной формой сернистых соединений в металле шва является сульфид железа FeS. В процессе кристаллизации он образует с железом эвтектику с температурой плавления ниже, чем у основного металла. Эвтектика располагается между зернами кристаллизующегося металла и является причиной возникновения горячих трещин сноломкость. Избавиться от появления такого дефекта позволяют марганец и кальций, содержащиеся в сварочной проволоке и обмазке электрода. Фосфор в металле шва находится в виде фосфидов железа Fe3P и Fe2P. Увеличение фосфора в металле шва снижает ударную вязкость, особенно при низких температурах, поэтому фосфор необходимо удалять. Это достигается за счет его окисления и удаления в шлак. Для снижения вредного влияния серы и фосфора их содержащееся в основном и электродном металле, в покрытии электродов и флюсах строго ограничивается соответствующими стандартами.

Читайте также: