ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Взаимодействие жидкого металла с азотом и водородом из "Электродуговая сварка сталей " Азот в жидком металле растворяется только в атомарном состоянии и, так же как и водород, тем в большем количестве, чем выше температура металла (рис. П1.8) и больше парциальное давление азота в зоне сварки (рис. П1.9 [7, 34]). [c.234] Отметим, что растворимость азота в лселезе, как и в нелегированном или низколегированном металле, отличается от растворимости в высоколегированном аустенитном металле. Если в нелегированной или низколегированной стали либо металле шва при расплавлении растворимость азота возрастает (рис. И 1.8, а), то при расплавлении высоколегированного аустенитного металла шва (или стали) растворимость падает (рис. П1.8, б). Процесс растворения азота в жидком металле состоит из следующих стадий диссоциации газа адсорбции газа на поверхности жидкого металла абсорбции (поглощение) газа жидким металлом и диффузии его в глубь массы последнего (в глубь капли или сварочной ванны). [c.234] В момент диссоциации атомарный азот сравнительно легко растворяется в каплях электродного металла и сварочной ванне. [c.235] При сварке под флюсом, покрытыми электродами или порошковой проволокой наличие в сварочной ванне нитридобразующих элементов (Се, Т1, Та, Ьа, А1, В) способствует снижению содержания азота в ней благодаря образованию нитридов и переходу их в шлак (табл. П1.5) [54]. [c.236] Зависимость степени простых молекуляр-температуры. [c.236] В металле нитрид образующего элемента, не связанного с кислородом, к содержанию в нем азота. При неизменном содержании в шве азота и повышении содержания легирующего элемента до некоторого значения, при котором параметр решетки металла шва остается неизменным, содержание в нем включений нитрида возрастает, что ухудшает его вязкость (рис. III. 11, б). Нейтрализация азота обеспечивается при максимально возможном увеличении растворимости его в твердом растворе за счет увеличения параметра решетки. Это достигается легированием металла алюминием в количестве, превышающем 8—10-кратное отношение к азоту. Легирование хромом и марганцем для этого должно быть значительно большим. [c.237] Азот способствует старению нелегированной стали (охрупчиванию с течением времени) вследствие выделения нитридов железа из-за снижения растворимости его в твердом растворе феррита с понижением температуры (рис. 111.12). [c.238] Уменьшение поглощения азота при изменении режима сварки обусловлено усилением испарения металла электродных капель и связанным с этим снижением парциального давления азота в зоне сварки, а также ускорением образования и перехода капель через дуговой промежуток. [c.238] Азот придает высоколегированном сталям и металлу сварных швов ряд полезных свойств. Легирование азотом стали осуществляется введением при ее выплавке азотированных марганца или хрома, легирование металла шва — через легированную им электродную проволоку или покрытие электродов. [c.238] При температуре жидкого металла имеют место преимущественно реакции образования паров воды (вследствие большой химической прочности молекулы HgO) и в меньшей мере — гидрокисла [41]. [c.239] Молекулярный водород в дуговом промежутке частично диссоциирует на атомы (см. рис. III. 10), адсорбируется на поверхности металла и абсорбируется (растворяется) в нем. [c.239] Адсорбция газов на поверхности металла происходит с выделением тепла. Абсорция водорода в металле также идет с выделением тепла, однако в зависимости от химического состава металла количество тепловой энергии может быть ббльшим или меньшим. Элементы, которые в твердом состоянии растворяют водород с поглощением тепла (табл. III.6), уменьшают теплоту растворения водорода в жидкой стали. [c.239] Энергии, выделяющейся при адсорбции и абсорбции водорода, не всегда достаточно для компенсации энергии, затрачиваемой на разрыв молекулярных связей при диссоциации газа. Поэтому в большинстве случаев растворимость водорода в металлах увеличивается с повышением температуры [61]. Элементы (Т1, 2г, Н1, V, N5, Та и др.), растворяющие в твердом состоянии водород с выделением тепла благодаря образованию устойчивых гидридов, повышают тепловой эффект реакции растворения водорода в жидкой стали, чем компенсируется затрата энергии на диссоциацию водорода. В таких случаях растворимость водорода в металле снижается при повышении температуры [61]. [c.240] Сварочная ванна имеет более низкую температуру и меньшую удельную поверхность контактирования с газовой фазой дуги, чем металл капель, поэтому она менее интенсивно обогащается водородом. При смешивании капель электрода с металлом ванны в ней устанавливается некоторое усредненное содержание водорода. Отметим, что в литературе по вопросу влияния режима сварки на содержание водорода в сварочной ванне имеются и другие соображения. [c.240] Из приведенного выше следует, что водород в сварочной зоне может находиться в молекулярном, атомарном (диссоциированном), ионизированном, а также в связанном (НдО и НР) состояниях. [c.241] Эффективным средством уменьш ения содержания водорода в жидком металле до безопасного количества является связывание его в нерастворимые соединения с кислородом (НаО) и, особенно, фтором (НР). [c.241] Из реакций (111.13) — (111.18) и рис, 111.13, 111.14 следует, что связывание водорода в молекулы воды обеспечивается повышением содержания кислорода в зоне сварки или увеличением окислительной способности среды. Связывание же кислорода путем введения в металл раскислителей, в том числе титана, кремния и марганца, уменьшает возможность образования паров воды, способствуя обогащению металла сварочной ванны водородом. [c.241] Аналогичная реакция протекает при взаимодействии плавикового шпата и двуокиси титана. Присутствие во флюсе либо покрытии электродов плавикового шпата без кремнезема или без двуокиси титана малоэффективно. [c.241] Вернуться к основной статье