Особенности металлургических процессов при различных видах сварки

Дуговая сварка под флюсом. При автоматической и механизированной сварке под флюсом сварочная дуга горит во флюсогазовом пузыре, заполненном раскаленными газами столба дуги и парами флюса. Условия протекания металлургических процессов отличаются следующими особенностями:
более эффективна защита сварочной ванны от кислорода и азота воздуха (в швах, выполненных под флюсом, содержание азота не превышает 0,008 %);
объем сварочной ванны больше, чем при ручной дуговой сварке, больше и длительность пребывания металла в расплавленном состоянии, что способствует более полному протеканию химических реакций между жидким металлом и шлаком;
более устойчива зависимость между режимами сварки и химическим составом расплавляемого металла, что позволяет с достаточной точностью и надежностью получать заданный состав металла швов. Одна из особенностей металлургических процессов при сварке сталей под флюсом — легирование металла шва марганцем и кремнием за счет восстановления их из оксидов МпО и Si02, находящихся во флюсе. В головной части сварочной ванны, имеющей высокую температуру, протекают восстановительные реакции:
2Fe + Si02 <=> 2FeO + Si; Fe + MnO <=> FeO + Mn.
Образовавшийся оксид FeO частично всплывает в шлак, частично растворяется в жидком металле. Марганец и кремний полностью растворяются в металле.
В хвостовой части сварочной ванны в зоне пониженных температур протекают реакции раскисления за счет Мп и Si, имеющих большее сродство к кислороду в этих условиях, чем железо:
2FeO + Si => Si02 + 2Fe;
FeO + Mn <=> MnO + Fe.
Получающиеся при этом оксиды соединяются между собой в комплексные легкоплавкие силикаты марганца и железа, всплывающие в шлак.
Дуговая сварка в защитных газах. Из активных защитных газов наибольшее распространение получил углекислый газ (С02), обеспечивающий защиту сварочной ванны от контакта с азотом воздуха.
Особенность металлургического процесса в этом случае обусловлена сильным окислительным действием С02. Дуга, горящая в С02, оказывает большее оксилительное воздействие на металл (33 % О), чем горящая на воздухе (21 % О). Результатом является сильное окисление сварочной ванны по реакции:
Fe + С02 <=> FeO + СО.
Одновременно происходит диссоциация углекислого газа. Атомарный кислород окисляет железо и легирующие добавки: кремний, марганец, углерод и др. Эти реакции происходят как в период перехода капель электродного металла через дуговой промежуток, так и на поверхности самой ванны. Для управления реакциями окисления, а также пополнения потерь легирующих элементов применяют электродные проволоки с повышенным содержанием марганца и кремния (Св-08ГС, Св-08Г2С и др.). При использовании этих проволок в хвостовой зоне сварочной ванны проходят реакции раскисления:
2FeO + Si <=> 2Fe + Si02;
FeO + Mn <=> Fe + MnO.
Образующиеся оксиды марганца и кремния всплывают на поверхность сварочной ванны. Инертные газы (аргон, гелий) не растворяются в расплавленном металле и не образуют в ванне химических соединений, поэтому пригодны для газовой защиты сварочной ванны. Окисление сварочной ванны в этом случае возможно за счет находящихся в защитном газе примесей в виде свободного кислорода и паров воды. При этом окисляется в основном углерод с образованием газообразного оксида СО. Для подавления реакции окисления углерода в сварочной ванне должно находиться достаточт ное количество раскислителей — кремния, марганца. Поэтому при сварке углеродистых сталей в инертных газах используют электродные проволоки с повышенным содержанием раскислителей.