Металургійні процеси при проведенні зварювання

Металургійні процеси при зварюванні протікають в зоні формування зварювальної ванни. Металургію зварювання характеризують певні фізичні і хімічні реакції, які визначаються взаємодією плавиться сплаву зі зварювальними спецфлюсамі, що формуються в результаті зварювання шлаками і газами. Додатково в процесі проведення зварювання відбуваються реакції, повязані зі зниженням температури розплавленого металу і кристалізацією металу зварювальної ванни.

зварювання

Процес плавлення металу при скріпленні деталей, з використанням спеціального інструменту, називається зварюванням.

Фізичні та хімічні реакції, повязані зі змінами в металі, відбуваються на всіх етапах здійснення дугового електрозварювання. Основними етапами дугового електрозварювання є:

  • плавлення електрода, що використовується в процесі електрозварювання;
  • перехід крапель металу через електродугової проміжок;
  • попадання зварювального металу в зварювальну ванну.
Схема дугового зварювання

Схема дугового зварювання.

На відміну від реакцій загальної металургії, які протікають в сталеплавильних агрегатах, умови плавлення металевої заготовки і протікання всіх реакцій при зварці сильно відрізняються цілим комплексом особливостей. Ці особливості впливають на розвиток плавлення і на кінцевий результат. Основні особливості металургійних процесів при зварюванні наступні:

  • невеликий обсяг зони плавлення;
  • високі температурні показники і перегрів розплавлених компонентів у ванні;
  • переміщення розплавленого металу, його перемішування і оновлення;
  • висока швидкість зниження температури і кристалізації компонентів, що входять до складу зварювальної ванни.

При таких умовах відбувається інтенсивна взаємодія між компонентами сплаву.

Реакції, що виникають при проведенні зварки

Серед величезної кількості реакцій, які протікають в процесі здійснення електрозварювальних робіт, основними є наступні:

Схеми руху електрода при ручного дугового зварювання

Схеми руху електрода при ручного дугового зварювання.

  • дисоціація газів, що утворюються і хімсоедіненій;
  • окислення розплавленого металу;
  • розкислення компонентів сплаву;
  • розкислення під дією марганцю;
  • розкислення під впливом кремнію;
  • розкислення під впливом титану;
  • розкислення під впливом вуглецю;
  • взаємодія з газоподібним азотом;
  • хімвзаімодействіе з воднем;
  • взаємодія з сіркою і фосфором.

Всі ці хімпроцесси, що відбуваються при зварюванні плавленням, в тій чи іншій мірі впливають на якість зварного зєднання.

Характеристика реакцій при дугового зварювання

При дисоціації здійснюється розпад складних компонентів на окремі атоми або складові частини. Виникненню дисоціації сприяє високий температурний режим в зоні проведення зварювання і каталітична дія металевого розплаву. При проведенні дугового зварювання дисоціації піддаються молекули різних газів: кисню, водню і азоту, додатково відбувається розпад вуглекислого газу, водяної пари і деяких інших.

Залежно від умов проведення зварки, одержувані при діссоціірованіі молекул водяної пари компоненти можуть як відновлювати, так і окисляти компоненти сплаву, присутні в зварювальної ванні.

, присутній в складі флюсу, також піддається розпаду. Добутий вільний атом фтору повязує атоми водню, перешкоджаючи його розчинення.

Принцип газового зварювання

Принцип газового зварювання.

Окислення металевих компонентів відбувається під впливом газів, які в процесі зварювання переходять в атомарний стан. В першу чергу на процес окислення величезний вплив справляє атомарний кисень, що отримується з молекулярного, що входить до складу атмосфери, окислення металу знижує його якість. Додатково окисляти атоми металу можуть пари води, які в результаті дисоціації утворюють атомарний кисень. Отримана при окисленні окис двовалентного заліза, розчиняючись в розплаві, різко знижує його фізсвойства. При проведенні дугового зварювання окисленню піддаються практично всі компоненти, що входять до сталь заготовки, що піддається обробці.

Застосовувана при проведенні роботи захист не завжди дозволяє уникнути окислення, тому для поліпшення якості шва проводять розкислення компонентів сплаву. Розкислення є відновний процес, при якому здійснюється відновлення заліза, що міститься в електрозварювальної ванні. Утворений при раскислении кисень перекладається в металі в нерозчинні хімсоедіненія. Як спецраскіслітелей застосовується марганець, кремній, титан, алюміній і вуглець. Раскислители вводяться в зону зварювання через дріт, покриття електрозварювальних електродів і флюси.

Взаємодія з азотом в атомарному стані виникає в процесі розпаду молекулярного газу при попаданні в електрозварювальну дугу. Це веде до синтезу нітридів, що погіршують якість.

Взаємодія з сіркою і фосфором знижує якість електрозварні шва в області зварювання.

Фізико-хімічні реакції, що відбуваються при проведенні газозварювання

Металургійні процеси при газовому зварюванні повністю залежать від складу сплаву, що вводяться в розплав добавок і складу газового полумя.

Способи і режими газового зварювання

Способи і режими газового зварювання: А - ванночкамі- Б - по відбірковим крайках.

При проведенні газового зварювання здійснюється взаємодія розплавлених компонентів сплаву, що знаходяться в зварювальної ванні з полумям газового пальника. Реакції, що відбуваються при взаємодії, повністю визначаються фізичними і хімічними властивостями металевого розплаву і складом полумя пальника. Зварювання здійснюється у відновному секторі факела, який складається з оксиду вуглецю і водню. Різні компоненти по-різному реагують з полумям факела. Найлегше відбувається окислення компонентів розплаву, які мають велику спорідненість до кисню. Окислення здійснюється за рахунок участі оксидів, що входять до складу основного металу і присадного дроту, додатково на швидкість окислення впливає кисень атмосферного повітря. При збільшенні концентрації кисню відбувається зниження якості зварного шва і погіршення його мехсвойств. Для зниження впливу окислювачів при проведенні газозварювальних робіт в присадки вводяться спеціальні хімсоедіненія - раскислители.

Раскислители є хімречовини, що мають більшу спорідненість до кисню, ніж компоненти основного розплаву, з якого формується електрозварні шов. При проведенні зварювання стали раскисляют дію має вуглець, оксид двовалентного вуглецю і водень, які утворюються в процесі горіння зварювального полумя. Це дозволяє виробляти зварювання вуглецевих сталей без використання присадних флюсів.

Утворений при проведенні зварювання оксид двовалентного вуглецю викликає кипіння розплаву. Під час кипіння відбувається видалення небажаних включень з розплаву. При здійсненні кипіння в момент кристалізації утворюються бульбашки, що знижує якість газосварки. Для зменшення цього ефекту вводяться марганець і кремній.

https://youtube.com/embed/IShc6q5l_Qkfeature=youtu.be

Вплив хімскладу газозварювального полумя на окислювально-відновні реакції

Склад газозварювального полумя має великий вплив на хімічні і фізичні процеси, що відбуваються в розплаві при проведенні газозварювальну. У складі нормального ацетіленокіслородного полумя в середньої його частини, яка має відновлювальну середу, міститься 60% оксиду двовалентного вуглецю і по 20% молекулярного і атомарного водню. Основним відновником заліза є водень в атомарному стані. Утворені при газозварювання оксиди кремнію і марганцю не проникають в рідкий метал, а спливають на його поверхні, перетворюючись в шлак. У рідкому розплаві міститься велика кількість різних оксидів, які взаємодіють між собою. Результатом таких взаємодій є формування хімічних сполук з низькою температурою плавлення, що дозволяє значно легше видалити оксиди зі складу розплаву газозварювальної ванни. Оксиди видаляються у вигляді різних шлаків.

https://youtube.com/embed/F94awVA0g2c#action=share

При проведенні газозварювальну латуні, міді або алюмінію в зону зварювання вводяться різні добавки. Розкислення проводиться вуглецем, оксидом двовалентного вуглецю і воднем. При проведенні зварювання полумя забезпечує відновлення металу і захист розплаву від кисню та азоту атмосфери.


» » » Металургійні процеси при проведенні зварювання