4. Рафинирование металла сварного шва

Рафинирование металла сварного шва, ведущееся одновременно с раскислением и легированием, есть очищение от вредных примесей – серы и фосфора.

Особенности рафинирования в процессе сварки:

1. более высокая температура металла и шлака, особенно при каплеобразовании, ослабляет химические связи серы и облегчает удаление ее из металла в шлак;

2. интенсивное перемешивание металла со шлаком в каплях и в сварочной ванне;

3. использование специальных рафинирующих электродных покрытий или сварочных флюсов активизирует удаление серы.

Сера образует с железом сульфид железа FeS (температура плавления 1195^оС), который не растворяется в твердом железе и выделяется в виде эвтектик FeS + Fe (Т_пл=985^оС), FeS + Fe + MnS (Т_пл=980^оС).

В процессе кристаллизации металла в интервале Т_л – Т_s эти сернистые эвтектики оттесняются растущими кристаллами металла шва в центральную часть ванны. К моменту окончания кристаллизации такие межкристаллитные прослойки могут вызвать плавление кристаллизационных, или горячих, трещин. Одновременное присутствие углерода и кремния увеличивает склонность швов к кристаллизационным трещинам.

Для удаления серы используют:

1. Mn и MnO;

2. CaO.

1. [FeS] + [Mn] ↔ (MnS)_тв + [Fe]

Сульфид марганца (Т = 1620^оС) слабо растворим в Fe и хорошо в шлаке, поэтому он в большей степени переходит в шлак, а оставшийся в мелкодисперсном виде распределяется равномерно.

Для повышения эффективности связывания серы при высоких температурах используют MnO:

[FeS] + (MnO) ↔ (MnS) + [FeO]

2. [FeS] + (CaO) ↔ (CaS) + [FeO]

Сульфид кальция (СаО) нерастворим в железе. Процесс лучше идет с ростом температуры.

Возникшую закись железа FeO необходимо удалять раскислением.

Фосфор является вредной примесью, ухудшающей механические свойства стали и вызывающей ее хладноломкость. В сталях фосфор существует в виде частично растворимых в феррите фосфидов:

3Fe + P ↔ Fe₃P (15,63% P)

2Fe + P ↔ Fe₃P (21,75% P).

Фосфор – сильно ликвирующая примесь.

Углерод усиливает ликвацию и образует легкоплавкую эвтектику тройного типа (Fe + P + C), еще более снижающую прочность металла.

Удаление фосфора из сварочной ванны основано на:

1. окислении фосфора

2Fe₂P + 5FeO ↔ P₂O₅ + 9Fe

или 2Fe₃P + 5FeO ↔ P2O₅ + 11Fe

2) связывании фосфорного ангидрида:

3СаО + Р₂О₅ ↔ (СаО)₃*Р₂О₅

или 4СаО + Р₂О₅ ↔ (СаО)₄*Р₂О₅

Таким образом, для эффективного удаления фосфора шлаки должны:

а) содержать свободные оксиды (СаО) и (FeO), т.е. быть основными.

б) не содержать комплексных соединений, связывающих фосфор (СаО)₃*Р₂О₅ или (СаО)₄*Р₂О_5.

С ростом температуры реакции замедляются.

Перегрев при сварке нежелателен, т.е. режимы сварки должны быть мягкими, при небольших плотностях тока.

Билет №14

1. Ультразвуковая сварка

Сущность УЗС.

Прижатым друг к другу свариваемым поверхностям сообщают колебания сдвига с частотой f = 18 ÷ 30 кГц и амплитудой А = 20÷30 мкм.

В начале сварки (τ ≈ 0,1 с) происходит сглаживание поверхностных микронеровностей и разрушение окисных пленок.

В следующей стадии (τ ≈ 1…2 с) образуются химические связи; вокруг активных центров образуются узлы сварки, площадь которых увеличивается по мере разогрева места сварки (до 300⁰С), пока она не охватит всю контактирующую поверхность. Окисные пленки разрушаются, но полностью не удаляются из зоны. Обычно УЗС применяется при соединении относительно тонких элементов или при сварке тонкостенного элемента с толстостенным, при которой возможна достаточная степень деформации.