Легирование наплавленного металла.

Проведение раскислительныхпроцессов хотя и снижает содержание кислорода в металле до минимума, ноне восполняет целиком потерю полезных элементов вследствие их частичного выгорания и испарения.Вместе с тем,раскисление не дает возможности обогатить металл специальными легирующими элементами,чтобы придать ему особые свойства.Эти задачи выполняются второй металлургической операцией — легированием, осуществляемым одновременно с раскислением металла.

Осуществляется легирование с соблюдением двух важных требований:

1) в качестве раскислителей следует применить элементы, сродство которых к кислороду больше, чем сродство легирующего элемента;

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

Принципиально возможно легирование металла как через металлическую, так и через шлаковую фазу. Легирование через газовую фазу также возможно, но этот процесс еще мало изучен.

Легирование через металлическую фазу осуществляется введением легирующего элемента в электродный стержень или присадочную проволоку, атакже за счет проплавления легированного основного металлаи перехода 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 действен, так как при этом потери легирующего элемента незначительны и коэффициент перехода в металл шва оказывается достаточно высоким.

Процесс легирования может происходить как в результате прямого растворения элемента в металле, так ина основе обменных реакций. При этом, естественно,большую роль играет отношение взаимодействующих между собой масс металла и шлака.

Для оценки степени переходатого или иного элемента в металл шва служиткоэффициент ή перехода или усвоения элемента— отношение прироста данного легирующего элемента в составе металла шва к количеству этого элемента, введенного в зону сварки.

Пользуясь коэффициентами перехода, следует помнить, что ихзначениячрезвычайно зависят от условий, в которых они определены.Применять их можно толькодля грубых, ориентировочных подсчетов. Большим недостатком показателяήявляется то, что он по существу — величина формальная, так как учитывает только начальное и конечное состояния системы и совершенно не отражает разнообразных, и часто весьма сложных, металлургических процессов, протекающих в реакционной сварочной зоне.

Легирование металла происходит во всех участках зоны сварки, однако энергичнее и полнее — в процессе капельного переноса.

Рафинирование металла.

Третья важная металлургическая операция, протекающая одновременно с раскислением и легированием металла,— рафинирование его, т. е. очищение от вредных примесей — серы и фосфора.

Условия взаимодействия металла и шлака для рафинирования металла шва по сере при электродуговой сварке, в общем, более благоприятны, чем в сталеплавильном производстве.

Можно отметить следующие особенности условий десульфурации в процессе сварки:

1) более высокая температура металла и шлака, особенно на стадии образования капель, способствует диссоциации сульфидов (FeS, СаS,Na₂S и др.), ослабляет химические связи серы и облегчает удаление ее из металла в шлак;

2) интенсивное перемешивание металла со шлаком в каплях и в сварочной ванне увеличивает относительную массу шлака в 100 —1000 раз по сравнению с аналогичным показателем в мартеновском производстве;

3) использование специальных рафинирующих электродных покрытий или сварочных флюсов (относительно увеличенное содержание рафинирующих компонентов) позволяет активизировать удаление серы.

Таким образом, несмотря на кратковременность взаимодействия металла со шлаком, при электродуговой сварке есть все возможности получать металл шва более чистым по содержанию серы, чем основной металл.

Источниками поступления серы и фосфора в зону сварки служат:

1) шлаки, в состав которых входят компоненты, содержащие серу и фосфор;

2) расплавленный основной металл.

Следует при этом иметь в виду, что распределение серы по сечению основного металла может быть крайне неравномерным (зона, приближенная к литнику)и на некоторых участках швов концентрация серы может оказаться весьма высокой даже при среднем содержании ее в металле, удовлетворяющем требованиям ГОСТа.