2015-04-01
635
Металлургические процессы при сварке электродами этой группы рассмотрим на примере электродов ЦМ-7.
В табл. 5, 6, 7, 8, 9 приведен состав покрытия электродов, газовой и шлаковой фаз, электродной проволоки и шва, а также механические характеристики металла шва.
Таблица 5
Состав покрытия
| Таблица 6
Состав газовой фазы
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Таблица 7
Химический состав
электродной проволоки и шва
| Таблица 8
Состав шлаковой фазы
|
Таблица 9
|
|
|
Механические свойства металла шва
| Предел прочности σ в, МПа | Предел текучести σ т, МПа | Относительное удлинение δ, % | Относительное сужение ψ, % | Ударная вязкость KCV, Дж/см2 |
| 480...500 | 340...390 | 21...28 | 49...65 | 96...106 |
Принципиальная схема процессов, протекающих при сварке электродами ЦМ-7, приведена на рис. 9.
Рис. 9. Принципиальная схема металлургических процессов, протекающих при сварке электродами ЦМ-7
Сопоставление химического состава электродной проволоки, основного металла и шва показывает:
– что достигается достаточно полная защита от растворения азота в металле шва;
– происходит значительное окисление металла шва;
– содержание водорода незначительно;
– наблюдается легирование шва кремнием, марганцем и повышение содержания фосфора.
Рис. 10. Содержание азота
в металле шва при сварке
электродами ЦМ-7
| Газовая фаза, образованная при диссоциации крахмала, имеет восстановительный характер и существенного влияния на окисление жидкого металла не оказывает. Ограничение содержания азота в металле шва достигается физической защитой жидкого металла шлаком и газами. Коэффициент массы покрытия электродов ЦМ-7 составляет в среднем 40 %, что обеспечивает, за счет образования шлакового слоя, содержание азота в металле шва до 0,05 % (рис. 10). | ||
Рис. 11. Содержание азота в металле шва
при сварке электродами ЦМ-7
| Газовая фаза, образующаяся при введении в состав покрытия крахмала (5 %), оттесняет азот от жидкого металла и его содержание не превышает 0,02 % (рис. 11). | ||
.
Основным окислителем является гематит покрытия (Fe 2 O 3), который реагируя с марганцем, окисляет его (MnO).
|
|
|
Fe 2 O 3 + 3 Mn = 3 MnO + 2 Fe + 83800 кал.
Fe 2 O 3 + Mn = MnO + 2 FeO + 27000 кал.
Реакции взаимодействия марганца с гематитом являются экзотермическими. Тепло, выделяющееся при протекании этих реакций, затрачивается на плавление стержня электрода, что в дополнение к восстановленному железу увеличивает коэффициент наплавки до 10...11 г/А×ч.
Наличие небольшого количества свободного кислорода и углекислого газа предопределяет реакции окисления марганца и железа.
; 
.
Таким образом, в сварочную ванну поступают элементы в основном в виде окислов.
В высокотемпературной части сварочной ванны происходит интенсивное окисление железа в результате обменных реакций
Fe + Fe 2 O 3 = 3 FeO;
2 Fe + SiO 2 = Si + 2 FeO;
Fe + MnO = Mn + FeO.
Почему железо, обладающее меньшим сродством к кислороду, чем кремний и марганец, «забирает» кислород у них и образует закись железа FeO?
Во-первых, при высоких температурах значения сродства к кислороду у этих элементов выравниваются [7].
Во-вторых, высокая концентрация железа уменьшает упругость диссоциации его окисла, т.е. увеличивает его сродство к кислороду.
Тем не менее значительное окисление сварочной ванны не существенно, так как при остывании (при уменьшении температуры, т.е. в низкотемпературной части сварочной ванны) большая часть закиси железа по константе распределения 
переходит в шлак, а оставшуюся часть в основном раскисляют Si и Mn, которые при низкой температуре уже «сильнее» Fe.
Si + 2 FeO = SiO 2 + 2 Fe; Mn + FeO = MnO + Fe.
Образовавшиеся окислы SiO 2 в MnO всплывают и переходят в шлак. Раскисление по этим реакциям «тормозит» реакцию образования СО, уменьшают возможность появления пористости.
FeO + C = CO + Fe.
Увеличению эффективности диффузионного раскисления по константе распределения способствует образование нерастворимого в шлаке комплексного соединения (FeO-SiO 2) и увеличение объёма шлака применением нейтральных добавок. Это уменьшает концентрацию FeO в шлаке и для восстановления величины L некоторая часть FeO переходит в шлак из металла.
Таким образом, раскисление обеспечивается двумя способами:
– диффузионным (по константе распределения);
– введением раскислителей (Si и Мп), при этом часть раскислителей легирует металл шва. Значительная концентрация кислорода с точки зрения свойств металла шва является отрицательным фактором.
Однако более полное раскисление металла при сварке электродами этого типа, например введением в состав покрытия раскислителей (углерод, кремний, алюминий), приводит к более интенсивному поглощению жидким металлом водорода в высокотемпературной части зоны плавления и газовой фазы и, как следствие, к развитию пор в шве, вызванных выделением кристаллизующегося металла.
Определенный уровень окисленности сварочной ванны является и положительным фактором по ограничению содержания водорода.
О + Н = ОН.
Увеличение окислительной способности покрытия увеличением соотношения гематита к ферромарганцу способствует уменьшению содержания водорода в металле шва, но резко увеличивается концентрация СО, что приводит к пористости.
Несмотря на неполное раскисление сварочной ванны и значительно высокий уровень содержания кислорода в металле шва, электроды этой группы обеспечивают высокие прочностные и удовлетворительные пластические свойства металла шва.
