Физико-химические процессы в системе «металл-шлак». сварочные шлаки, составы и свойства

1. Физико-химические процессы в системе «Металл-шлак». Сварочные шлаки, составы и свойства

10.1 План лекции

1) Раскисление металла при сварке.

2) Легирование металла.

3) Рафинирование металла.

4) Назначение и свойства шлаков при сварке.

Важной функцией сварочных флюсов или покрытий электродов – это металлургическая обработка металла шва: раскисление, легирование, рафинирование.

В общем виде раскисление железа:

где R - раскислитель.

Оксиды раскислителей (Ti, Si, Mn, Al) нерастворимы в металле и всплывают в шлак.

Раскисление углеродом происходит по схеме

Но раскисление углеродом приводит к снижению содержания его в стали.

Раскисление водородом:

Наибольшей раскисляющей способностью обладает Al, затем Ti, Si, C, Mn и Cr. Диффузионное раскисление основано на частичном переходе закиси железа из жидкого металла в шлак.

Раскисление металла кислыми шлаками

Легирование наплавленного металла ведется как через металлическую, так и через шлаковую фазу. Первый путь осуществляется через электродную проволоку и через легированный основной металл, а второй путь – через электродное покрытие и флюс. Для оценки степени перехода элемента в металл шва служит коэффициент перехода или усвоения элемента, т.е. отношение прироста данного элемента в металле шва к количеству этого элемента, введенного в зону сварки.

Рафинирование, т.е. очищение от вредных примесей (сера, фосфор) жидкого металла более благоприятно происходит при электродуговой и электрошлаковой сварке, чем в сталеплавильном производстве. Связывание серы и выведение в шлак происходит по реакциям:

Фосфор удаляется в шлак по реакциям:

или

Шлаки представляют собой сплав различных окислов и солей, который имеет меньший по сравнению с жидким металлом удельный вес. Существуют молекулярная и ионная теории строения жидких шлаков. Сварочные шлаки:

- защищают металл от газов воздуха;

- раскисляют, легируют, рафинируют;

- снижают скорость охлаждения металла;

- формируют металл шва.

Химические свойства шлаков характеризуются кислотностью или основностью. Физические свойства оценивают:

- тепловыми константами;

- вязкостью в жидком состоянии;

- газопроницаемостью;

- плотностью;

- отделяемостью шлака в твердом состоянии.

В зависимости от состава шлаки делят на 3 группы:

- шлаки оксидного типа (оксиды металлов);

- шлаки солевого типа (фтористые и хлористые соли щелочных металлов);

- шлаки оксидно-солевого типа.

10.2 Рекомендуемая литература

1) [3] стр.250-258.

2) [3] стр.259-261.

3) [3] стр.261-266.

4) [3] стр.238-244.

10. 3 Контрольные задания для СРС (тема 10) [3]

1) Раскисление металла при сварке.

2) Легирование металла.

3) Рафинирование металла.

4) Назначение и свойства металла при сварке.