ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Взаимодействие металла с азотом, водородом и другими газами из "Сварочные материалы " При этом коэффициент kN, по некоторым материалам (М. Д. Щипков) в 2—3 раза меньше, чем аналогичный коэффициент для кислорода, а по другим данным (В. Я- Гончаров) N2 ко,. По общим соображениям, по оценке степеней диссоциации кислорода и азота при сварочных температурах, сравнению тепловых эффектов реакций титана с кислородом и азотом, интенсивность окисления титана должна быть несколько большей, чем интенсивность его азотирования. [c.86] В железных сплавах химические соединения с азотом (нитриды железа) устойчивы только при температурах значительно ниже температуры плавления (рис. П. 13). При температурах жидкого металла азот физически растворяется в железе и его сплавах. [c.86] Рн и Рм, — парциальные давления в газовой фазе соответственно атомарного и молекулярного азота. [c.86] Формула (11.38) указывает на подчинение растворимости азота закону Сивертса. При процессах металлургического производства стали это подтверждается экспериментально [42]. Однако при сва к чных процессах, по японским материалам [83], имеет место отклонение от такой зависимости, и при малых парциальных давлениях азота Б смеси его конечное содержание в металле значительно превышает ожидаемые количества, рассчитанные по формуле Сивертса со значениями коэффициента из экспериментов, выполненных при больших парциальных давлениях азота. Попробуем качественно объяснить эту аномалию поглощения азота. [c.87] Если при обычных методах производства стали содержание в них азота, как правило, находится в пределах 0,005—0,008%, т. е. в пределах его растворимости при нормальных температурах (—0,02% Ng), то приведенные количества азота в наплавленном металле вызывают при понижении температуры выпадение нитридов, выявляемых в структуре в виде острых, иглообразных выделений, значительно снижающих пластичность и вязкость металла. [c.88] Улучшение свойств металла швов может быть достигнуто либо ограничением поглощения азота при сварке, либо его переводом в менее опасные соединения, в том числе и более благоприятные по геометрической форме выделения в структуре. [c.88] Значительно большее распространение нашли способы сварки, ограничивающ,ие подвод азота воздуха к реакционной зоне — каплям металла и сварочной ванне. [c.89] при способах сварки под флюсами-шлаками (дуговая сварка под слоем флюса, электрошлаковая сварка), обычно применяемые при сварке сталей шлаки (на базе окислов кремния, марганца и пр.) достаточно хорошо изолируют металл от воздуха и конечное содержание азота в швах, выполненных этими способами, как правило, составляет около 0,01%, т, е. почти равно исходному содержанию в переплавляемых основном и электродном металлах. [c.89] Достаточное ограничение попадания азота воздуха в зону сварки осуществляется и при защите расплавляемого при сварке металла струями защитных газов — активных (обычно СО2, иногда с добавками других газов) и инертных (аргон и т. д.). При хорошей струйной защите конечное содержание азота в металле швов также примерно равно исходному. [c.89] Для механизированных методов сварки (главным образом полуавтоматической) Институтом электросварки им. Е. О. Патона разработан ряд составов так называемых порошковых проволок, содержащих в составе порошкового наполнителя флюсы [58]. При сварке они расплавляются и достаточно надежно защищают металл от азота воздуха цри относительном весе шлаковых составляющих (относительно металлической части порошковой проволоки) примерно равном 0,10—0,15, т. е. 10—15 6. [c.89] Следует отметить, что дуговая сварка голым электродом в атмосфере воздуха, как правило, дает большее содержание азота в направленном металле, чем сварка в атмосфере чистого азота [65, 82]. Это может быть объяснено образованием в присутствии кислорода окислов азота [типа N0], способствующих более легкому переходу азота в атомарное состояние при контактных соударениях с металлом в сравнении с соударениями с ним молекул Ng и в связи с этим более легкому поглош,ению его металлом. Также меньше, чем при сварке в воздухе, поглош,ение азота при сварке в диссоциированном аммиаке. [c.90] Очень интенсивно в условиях дуговой сварки происходит поглощение азота титаном. Так, по материалам Ф. Е. Третьякова [66], при сварке титана в азоте конечное его содержание в швах составляет около 6%, при этом металл швов имеет твердость, сопоставимую с алмазом, а пластичность почти нулевую. [c.90] Весьма важны при сварке и процессы взаимодействия металла с водородом, его поглощение металлом. Как уже указывалось в II. 1, источники водорода в условиях сварки достаточно разнообразны. Водород может поступать в реакционное пространство в чистом виде, а также в виде продукта диссоциации воды и различных водородсодержащих соединений. При этом высокие температуры при сварке, особенно дуговой, приводят к значительной диссоциации молекулярного водорода на атомарный, который легко растворяется и в жидком, а часто и в твердом металле. Так, например, твердый титан даже при относительно низких температурах (300—350° С) может поглощать водород достаточно интенсивно. [c.90] Растворимость водорода в железе в зависимости от температуры при его давлении в газовой фазе 1 кПсм приведена на рис. П.З. Максимальная растворимость водорода в жидком железе наблюдается при температуре 2400° С, т. е. близкой к температурам, до которых нагреваются капли металла при дуговой сварке плавящимся электродом. Поработай Г. М. Григоренко и В. М. Лакомского [15], наблюдается приближение к насыщению водородом капель небольшого размера за время, сопоставимое со сварочным. Поэтому можно ожидать в каплях металла при дуговой сварке весьма высокую концентрацию водорода. [c.90] Конечное содержание водорода в металле сварных швов в значительной степени зависит от способа сварки и применяемых сварочных материалов. Следует отметить, что исследования конечного содержания водорода в сварных швах и в наплавленном металле выполнялись по различным методикам, причем не всегда сообщались детали проведенных экспериментов, и поэтому имеющийся разброс значений, приводимых в литературе, не всегда можно объяснить. Однако некоторое представление о содержании водорода в швах дает табл. 11.7. [c.91] Такое повышение содержаннн во.дорода в одоб ыл случаях определяется тем, что в реакционное пространство даже- ттр г-сварке электродами с современными покрытиями частично проникает воздух уга полузакрытая). Из самых общих приближенных расчетных оценок по конечному содержанию азота в направленном металле можно заключить, что объем вовлекаемого в процесс воздуха в этих случаях примерно в 40—60 раз меньше, чем при сварке голым электродом без покрытий [55]. Но и это количество влажного воздуха может дать отмечаемое экспериментом увеличение содержания водорода в металле при сварке. [c.91] При сварке алюминия и его сплавов источником водорода является адсорбированный слой влаги на свариваемом основном металле и главным образом на присадочном металле в связи с его большой относительной поверхностью, участвующей в формировании металла шва. В этих случаях для аргоно-дуговой сварки алюминия и его сплавов необходимы тщательная очистка кромок свариваемого металла и специальная обработка присадки — электрополировка [43], вакуумная термообработка, окислительный отжиг. Используемые при сварке защитные газы — инертные (в частности аргон) и активные (углекислый газ) — стремятся максимально обезводородить — обезводить, высушить. [c.94] Водород (почти для всех металлов) и азот (в частности для железа) в случае значительного пересыщения ими жидкого металла по сравнению с предельной концентрацией их в закристаллизовавшемся часто являются основной причиной пористости металла шва. В алюминиевых сплавах может появляться пористость и в околошовных зонах. [c.94] Вернуться к основной статье