2.3. Металлургические процессы при сварке в среде активных газов

Наиболее характерным активным защитным газом является СО₂, который обладает высокой окислительной способностью. СО₂ диссоциирует потребляя 20…25% энергии дуги

СО₂ = СО + 1\2 О₂ – Q. (19)

Диссоциация углекислого газа приводит к большей рассредоточенности теплового потока дуги по сравнению с аргонодуговой сваркой.

Окисление железа в выокотемпературной зоне 1 проходит двумя путями: окисление непосредственно углекислым газом и кислородом, образующимся в процессе диссоциации

CO₂ + [Fe] = [FeO] + CO; (20)

O₂ + 2[Fe] = 2[FeO]. (21)

Кислород, находящийся в сварочной ванне в виде закиси железа при понижении температуры расплава взаимодействует с элементами находящимися в нем образуя шлаки и газы

[FeO] + [C, Si, Mn, H и др.] = [Fe] + (SiO₂, MnO и др.) + {CO, H и др.} (22).

Одной из основных причин образования пор является реакция выгорания углерода при взаимодействии его с углекислым газом, который можно представить суммарной реакцией

CO₂ = CO + 1\2 O₂ ; (23)

1\2 O₂ + Fe = (FeO) – [FeO] ; (24)

[FeO] + [C] = CO + [Fe] ; (25)

CO₂ + [C] = 2CO . (26).

Образование пор возможно также за счет Н₂ из-за наличия влаги в составе СО₂, ржавчины на поверхности металла и чрезмерного количества серы в основном металле.

В целях подавления порообразования в расплав ванны через сварочную проволоку вводят элементы-раскислители (в основном кремний и марганец).

Наиболее распространенными электродными проволоками для сварки малоуглеродистых, низко и среднелегированных сталей является Св-10ГС, Св-18ХГСА, Св-18ХМА и др. А для получения качественных швов при сварке сталей типа 18-8, не склонной к межкристаллитной коррозии в сварочную проволоку вводят до 1,8% ниобия до 1% алюминия и другие компоненты (Св-08Х20Н9С2БТЮ).

Состав металла шва зависит также от рода защитного газа (Ar + O₂; Ar +CO₂; CO₂; CO₂ + O₂). Кислород, введённый в защитный газ окисляет водород, кремний, серу и фосфор. Это приводит к повышению стойкости швов против образования горячих трещин.

Недостатками применения активных газов является потеря титана, снижение коррозионной стойкости и образование на поверхности шва трудноудалимой окисной пленки.

2.4. Металлургия при газопламенной обработке

При газопламенных процессах используются смеси различных газообразных и жидких углеводородов. Для обеспечения эффективного горения газов процесс ведется с добавлением кислорода.

Окислительную или востановительную характеристику пламени определяет объемный коэффициент β

β = . (27)

При β>1 атмосфера пламени окислительная, при β<1 – восстановительная.

При значении β<1 пламя способствует поглащению углерода

3Fe + 2CO = [Fe₃C] + CO₂ . (28)

Если β = 1…1,2, то в результате реакции

C₂H₂+ О₂ – 2СО + Н₂ (29)

образуется нормальное пламя.

Состав продуктов реакции и температура пламени меняются в зависимости от его длины.

При значении коэффициента β»1 сварка практически не ведется, а производится лишь резка и строжка металлов.

В продуктах окисления выносящихся из полости реза находятся FeO, Fe₃O₄ и несгоревшее железо в соотношении 20%Fe, 30%FeO, 50%Fe₃O₄.

Теплота при сгорании железа составляет около 70% от общего баланса теплоты, что позволяет применять при резке вместо ацетилена пропан, пропан-бутан и прочие низкокалорийные газы.