ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Причины газонасыщения кромок и способы его уменьшения из "Плазменная резка " Процессы плазменной резки, обусловленные выплавлением металла мощным электродуговым разрядом, вызывают газонасыщение поверхности кромок реза газами из атмосферы плазмы, которое связано с кинетикой их растворения при плазменных процессах. Исследования показали, что насыщение кромок в процессе резки, например в воздушной плазме, происходит в основном азотом и кислородом. [c.111] Наибольшую опасность для сварных соединений, выполненных по кромкам плазменного реза, представляет азот. [c.111] При плазменной резке в кромки детали азот может попадать двумя путями из плазмообразующей среды (в случае применения азота, воздуха или газовых смесей, содержащих азот) и из окружающей атмосферы за счет инжекции в столб плазменной дуги атмосферного воздуха (в случае применения аргона, кислорода и других газов, не содержащих азот). [c.111] Ароматный азот в момент своего выделения может растворяться в жидком металле [77]. При исследовании газовых смесей азота с различными газами (Аг, Ог, СО, СОг, Нг) также установлено, что введение кислорода или кислородосодержащих газов (СО, СОа) при постоянной концентрации азота в атмосфере дуги приводит к увеличению содержания N2 в наплавленном металле [64]. Это явление исследователями объясняется по-раз-ному образованием N0, активацией N2 в дуговом разряде в присутствии Ог, увеличением растворимости азота в железе при сварочных температурах в присутствии РеО, хорошей растворимостью окиси азота в жидкой ванне металла, возрастанием электрического поглощения в катодном (анодном) пятне. В работе [50] указывается, что поглощение азота жидким металлом происходит в молекулярном состоянии. Исследовалось поглощение азота из плазмы расплавляемым карбональным железом. При расчете парциального давления учитывался кинетический напор плазменной струи. [c.111] Повышение установившейся концентрации азота над стандартной растворимостью в два-три раза необходимо рассматривать как перенасыщение. Еще больше концентрация азота оказалась в кромках плазменного реза сталей. При послойном определении концентрации азота спектральноэмиссионным методом установлено, что максимальное содержание азота в кромке воздушно-плазменного реза в 50 раз больше, чем в исходном металле, и почти в десять раз превышает предел растворимости азота в стали [57]. [c.112] По-видимому, условия плазменной резки сталей таковы, что насыщение кромок происходит всеми возможными путями и способами. Существенную роль в этих процессах играют при диссоциации атмосферы плазменной дуги ионно-молекулярные реакции с участием электронно-возбужденных ионов. [c.112] Для более четкого представления процессов насыщения азотом кромок плазменного реза рассмотрим характер взаимодействия и растворимость его в железе при металлургических процессах, происходящих в равновесном состоянии. [c.112] В жидком состоянии при атмосферном давлении железо поглощает азот сравнительно слабо и, кроме того, поглощенный азот при затвердевании железа частично выделяется из металла [30, 55]. [c.112] Под влиянием азота область существования 7-фазы сдвигается в сторону более низких температур и перлитная точка оказывается уже при температуре 585 °С. [c.112] Максимальная растворимость азота в а-железе примерно 0,1 %. Растворимость азота в железе зависит от легирующих компонентов [30, 55, 64]. [c.112] Углерод понижает растворимость азота в железе. В области аустенитного состояния влияние углерода (до 0,8 %) на растворимость азота возрастает с повышением температуры. В железоуглеродистых расплавах, отвечающих по химическим составам соединению ЕезС(6,7%С), азот практически не растворяется. Данные по влиянию кислорода — противоречивы. По одним данным при содержании кислорода в железе 0,1 % растворимость азота при 1600 °С в 1,5 раза меньше, чем в чистом железе. По другим — при тех же условиях кислород не повлиял на растворимость азота. Кремний так же, как и углерод, понижает растворимость азота, но при малых концентрациях он несколько ее увеличивает. Никель, кобальт, медь в составе железа в зависимости от их содержания уменьшают растворимость азота. [c.112] Компоненты, образующие устойчивые нитриды (Мп, Сг, V, А1), увеличивают растворимость азота. Эти компоненты влияют на связывание азота в сталях и тем самым уменьшают пористость в сварных швах. [c.112] Водород оказывает положительное влияние на уменьшение содержания азота в расплавах [55, 64]. Например, пористость сварных швов уменьшилась при взаимном влиянии водорода и азота. Предполагается, что произошло образование плохо растворимого в жидкой стали газа — аммиака [69]. О положительном влиянии водорода на уменьшение пористости в наплавленном металле сообщается в работе [82]. Проведенные исследования по использованию аргоно-, азотно-водородных смесей при плазменной резке также показывают на снижение насыщения кромок реза азотом. [c.113] В целях изучения и уточнения распределения азота в кромках плазменного реза в зависимости от применяемых вариантов резки и состава стали выполнено много исследований. Применяемые методы исследований газов в поверхностном слое образца, например вакуум-плавлением, не дают полного представления о распределении этих газов по глубине и на поверхности исследуемого образца [45, 80]. [c.113] Из табл. 3.11 следует, что наибольшее количество азота на глубине до 0,1 мм присутствует в кромке азотного реза (около 0,13 %). При воздушной и кислородной плазме содержание азота оказалось примерно одинаковым. По данным работы [181] в кромках после кислородной плазмы содержание азота значительно меньше, чем после воздушной. [c.114] Минимальное значение содержания кислорода получено при резке азотной плазмой, максимальное — кислородной плазмой. Это вполне закономерно, так как при резке в окислительной среде может происходить насыщение металла кромки кислородом, который растворяется в стали. В результате снижается способность железа адсорбировать азот [55]. [c.114] В зависимости от состава стали количество азота в кромках реза изменяется. Из табл. 3.11 следует, что в поверхностном слое воздушноплазменного реза высокомарганцовистой стали количество азота оказалось незначительным (0,015 %), т. е. в пять раз меньше, чем при тех же условиях резки в стали марки 09Г2. Такое содержание азота в данной марке стали можно объяснить, по-видимому, повышенным содержанием поверхностно-активного углерода (0,45 %), который препятствует адсорбции азота из газовой фазы плазмы в металл кромки реза. Уменьшение газонасыщения кромок азотом при увеличении содержания углерода в разрезаемой стали отмечается также в работе [81]. [c.114] Методы химического газового анализа и вакуум-плавления дают среднюю концентрацию азота на глубину 0,1—0,2 мм порядка 0,3 % по массе и весьма приближенное представление о его распределении в кромках. [c.114] Сотрудниками лаборатории спектрального анализа НИФИ ЛГУ был предложен новый спектрально-изотопный метод определения газов в поверхностном слое металла с помощью оптического квантового генератора (ОКГ) [65]. Указанный метод выгодно отличается от других, применяемых для решения тех же задач, так как при этом методе не требуется применения эталонов, а также полного выделения и количественного определения исследуемого газа. Возможность получения с помощью ОКГ световых пучков с большой переменной плотностью энергии обеспечивает выделение исследуемого газа с поверхности образца. [c.114] Вернуться к основной статье