Реакции а и в будут протекать до установления равновесия, после чего ход реакций будет следовать характеру изменения константы равновесия Kp, зависящей от температуры: ;

2) В связи с этим, учитывая реальный термический цикл сварки для качественной оценки процессов используют принцип Ле Шателье (при повышении температуры реакция смещается в сторону эндотермических процессов и наоборот).

Практическое занятие 4

Взаимодействие металла сварочной ванны с кислородом. Раскисление сварочной ванны.

1. Окисление металлов и сплавов при сварке и пайке газовой средой.

Окисление металла сварочной ванны может привести:

1. к затруднению процесса сварки (при ДЭС Al сплавов, ( Т_пл )_Al2O3 » 2500; Т_{пл Al} » 660⁰C ) и пайки (за счёт ухудшения смачивания);

2. к изменению состава (за счёт избирательного окисления компонентов сплава);

3. к образованию дефектов:

• пор в сталях из-за развития реакции [C] + [O] = CO ­ - реакция кипения

• шлаковых включений в сталях из-за развития реакций:

[Si] + 2[O] = (SiO₂)

[Mn] + [O] = (MnO)

4. к снижению механических свойств в результате старения (из-за обособления и выпадения фаз (g-FeO).

Источниками попадания кислорода в зону сварки служат:

1) замешивание воздуха при струйной защите. Состав воздуха

(объёмные %): 75,6% N₂ + 23% O₂ +1,3% Ar + 0,05% CO₂ +…..

(весовые %): 78,08% N₂ + 20,95% O₂ +0,9325% Ar + 0,030% CO₂ + +0,00005%H₂ …..

2. защитный газ (CO₂ или H₂О)

3. примеси защитного газа (аргон высшей чистоты – марки «А» содержит как примеси: 0,003% О₂ 0,01% N₂; H₂О » 0,001% ((-60⁰C; 0,07 мм рт. ст.))

4. продукты сгорания (при газовой сварке) или диссоциации (сварка электродами с карбонатным покрытием: СаСО₃ ® CO₂ + СаО

Для оценки характера взаимодействия металла сварочной ванны со средой необходимо иметь два параметра:

• {P_o2} – парциальное давление кислорода в среде (характеризует среду);

• (P^/_O2)_MenOm – упругость диссоциации оксида Ме_nО_m (характеризует металл сварочной ванны);

Окисление рассматриваемого металла идёт, если {P_О2} > (P^/_O2)_MenOm

Определение: {P_o2} – часть общего давления, которая приходится на данный газ в смеси с другими газами; - {P⁰_газ}: «0» – обозначает, что общее давление в смеси газов равно 1 атмосфере.

(P^/_O2)_MenOm – равновесное парциальное давление газа, которое получается при разложении соединения, (или которое необходимо для образования соединения) при данной температуре.

(P^/_O2) – равновесное парциальное давление газа для реакции образования « диссоциации соединения при данной температуре. « ^/ » – обозначает, что оксид находится в растворе.

2.Методы оценки {Po2}

В зависимости от способа сварки и пайки парциальное давление кислорода в смеси можно определять:

• расчётным путём

• расчётно-экспериментальным путём

3.Определение упругости диссоциации оксида, определяющего основу сплава.

2[Fe] + O₂ = 2[FeO] – участники реакции находятся в растворе.

Р

O₂

ассмотрим протекание реакции в ненасыщенном (а) и насыщенном (б) расворах:

В случае ненасыщенного раствора при достижении равновесия P_o2 = (P_o2^¢)_FeO

так как равновесным парциальным давлением кислороду в данном случае (по определению) будет упругость диссоциации FeO, находящегося в ненасыщенном растворе.

Когда в процессе окисления раствор достигает насыщения _Fe=1; _FeO=1 и

_, где (Р_О2)_FeO – упругость диссоциации оксида FeO в насыщенном растворе (т.е. в конденсированной фазе)

Следовательно:

или …………(9)

Учитывая, что Fe является растворителем и раствор является разбавленным:

_Fe=1

вследствие чего … (10)

Изобразим графически зависимость(10). Нанесём горизонталь----- {P_O2}, характеризующую парциальное давление кислорода в среде.

Как следует из анализа графиков, в зависимости от содержания кислорода в сплаве (т.е. _FeO) при данной {P_O2} (и фиксированной температуре) среда может быть:

eсли x < ( _FeO)_p ® окислительная

x > ( _FeO)_p ® восстановительная

Пример: для Т=2500К

[O] =0,02%

[O] =0,01%

Следовательно, для стали Ст3кп [O]=0,02% все защитные среды (кроме ЦМ-7, ЭЛС) из приведённых – окислительные, т.к:

{P_O2} для: ДЭС ЦМ-7 Þ {P_O2} =1,38 10^-8 ата

ДЭС СО₂ Þ {P_O2} =6,3 10^-2 ата

ДЭС Аr марки «A» Þ {P_O2} =3 10^-5 ата

ЭЛС (вакуум 10^-5мм рт ст) Þ {P_O2} =3 10^-9 ата