2015-06-30
1477
Сварочные аэрозоли по характеру образования относятся к аэрозолям конденсации и представляют собой дисперсную систему состоящую из двух составляющих: твердая составляющая сварочного аэрозоля (ТССА) и газовая составляющая сварочного аэрозоля (ГССА) (рис. 3).
Рисунок 3 Состав сварочных аэрозолей
ТССА – дисперсная фаза СА. Состоит из мельчайших твёрдых частиц перенасыщенных паров металлов и др. веществ, входящих в состав сварочных, присадочных, напыляемых материалов и основного металла, которые конденсируются за пределами зоны высокотемпературного нагрева.
Химически представляет собой сложную смесь металлов, простых и сложных оксидов металлов и шпинелей MnFe2O4, CaFe2O4, K2Cr2O7, Fe3O4 и др., фторидов (NaF, KF, K3FeF6,, CaF2 и др.), силикатов (CaSiO3, Fe2[SiO4], Mn2[SiO4] и др.).
Частицы ТССА – полидисперсны, имеют размеры от тысячных долей мкм до 0,4 – 0,6 мкм и более, неоднородное морфологическое строение (многослойны, многоядерны).
Дисперсность частиц ТССА колеблется в пределах от тысячных долей до нескольких микрометров. Основное количество частиц имеет размер менее 1 мкм. Частицы ТССА могут принимать форму агломератов с размером 1…3 мкм, кластеров размером 1…2 мкм, сферическую форму (диаметром 5…10 мкм), а более мелкие частицы (размером от сотых до десятых долей микрон) склонны к образованию цепочек.
|
|
|
Большинство мелких частиц состоит из ядра и оболочки. Ядро обогащено соединениями железа и марганца, а оболочка содержит соединения кремния, калия и натрия (при наличии этих веществ в составе покрытых электродов). Толщина оболочки зависит от температуры, окислительного потенциала атмосферы дуги и увеличивается с повышением содержания указанных выше элементов в электроде. Неоднородность структуры ТССА характерна для аэрозолей конденсации сложного состава.
Интенсивность образования ТССА определяется скоростью плавления электродного материала и зависит от сварочного тока и напряжения на дуге, от состава сварочных материалов, основного металла и защитной среды, а также от пространственного положения шва и техники сварки.
Установлено, что при сварке покрытыми электродами в ТССА переходит 1…3 % массы электрода, а в случае сварки проволокой сплошного сечения в защитных газах – 0,5…2,0 % массы проволоки. Химический состав образующейся ТССА на 80…90 % обусловлен составом сварочных материалов. В составе ТССА, в зависимости от сварочных материалов и свариваемых металлов, возможно наличие оксидов металлов и их комплексных соединений различных классов.
ГССА – дисперсионная среда сварочного аэрозоля. ГССА представляет собой смесь газов, образующихся при термической диссоциации (распад молекул на несколько более простых частиц) газо-шлакообразующих компонентов этих материалов (СО, СО2, HF и др.) или же за счет фотохимического действия ультрафиолетового излучения дугового разряда (плазмы) на молекулы газов воздуха (NO, NO2, O3).
|
|
|
Газы ГССА способны адсорбироваться на поверхности твердых частиц, захватываться внутрь их скоплений. При этом локальные концентрации газов, адсорбированных на частицах ТССА, могут существенно превышать их концентрации непосредственно в ГССА.
Скорость витания частиц ГССА — не более 0,08 м/с, и распределение ее по высоте помещения в большинстве случаев равномерно.
При сварке в защитных газах состав ГССА определяется составом защитной смеси. В состав ГССА могут входить диоксид углерода, монооксид углерода, оксиды азота, озон и инертные газы, присутствующие в защитном газе.
При использовании сварочных материалов, содержащих фтористый кальций или другие фторсодержащие компоненты, в составе ГССА присутствуют фтористый водород и тетрафтористый кремний.
Фтористый водород появляется в газовой среде при температуре выше 2000 °С в результате взаимодействия фтористого кальция с водяным паром:
CaF2 + H2O => CaO + 2HF.
При наличии в составе шлакообразующей основы сварочных материалов диоксида титана в составе ГССА появляется газообразный тетрафтористый титан TiF4.
