Вы здесь

Взаємодія металу зі шлаком при зварюванні під агломерованими флюсами низьколегованих сталей.

Автор: 
Головко Віктор Володимирович
Тип работы: 
Дис. докт. наук
Год: 
2006
Артикул:
3506U000161
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

РАЗДЕЛ 2
Особенности металлургии сварки под агломерированными флюсами
Одним из основных преимуществ агломерированных флюсов является возможность
введения в их состав компонентов, которые в состоянии существенно повысить
активность химико - металлургических реакций в системе шлак - металл. При
разработке флюсов для сварки низколегированных сталей повышенной и высокой
прочности особое внимание следует уделить проблеме обоснованного выбора
содержания металлических компонентов и компонентов - окислителей в шихте
агломерированного флюса. Введение таких составляющих в шихтовую композицию
позволяет управлять поведением водорода в сварочной ванне, процессами
легирования ферритной матрицы и формирования в сварочной ванне неметаллических
включений определенного объемного содержания, размера и состава, что в целом
сказывается на условиях образования микроструктуры и способствует получению
металла швов с высоким уровнем показателей прочности, пластичности и вязкости.
Для управления данными процессами необходимо систематизировать имеющиеся в
научно-технической литературе данные о термодинамике химико-металлургических
процессов, протекающих при сварке под флюсом, выявить те из них, которые в
наибольшей мере определяют как состав неметаллических включений, так и уровень
легирования твердого раствора металла швов, и разработать компьютеризированную
программу, позволяющую прогнозировать данные факторы.
Легирование металла швов может осуществляться либо через сварочную проволоку,
либо через сварочный флюс (плавленый или агломерированный). Из практики
известно, что механические свойства металла швов, при сварке котрых легирование
проходило через плавленый флюс, отличается от свойств сварных швов, полученных
под агломерированными флюсами. Разработка агломерированных флюсов для сварки
низколегированных сталей повышенной и высокой прочности требует более точных
данных об особенностях легирования металла швов при различных способах введения
легирующих элементов в сварочнуб ванну.
2.1. Взаимодействие расплавленного металла с газовой и шлаковой фазами
При дуговой сварке под флюсом в металлургических процессах принимают участие
две металлические фазы (сварочный электрод и сварочная ванна), шлаковая фаза,
которая образуется в результате плавления сварочного флюса, и газовая фаза,
существующая в зоне горения сварочной дуги и прилегающих к ней областях с более
низкими температурами. Металлургические реакции при дуговых методах сварки
быстротечны, неравновесны, сильно зависят от температуры и протекают
одновременно. Учесть все эти особенности при моделировании весьма сложно,
поэтому целесообразно формализировать весь комплекс металлургических процессов
и представить его в виде упрощенной схемы (рис. 2.1)
Рис.2.1. Схема металлургических процессов при дуговой сварке под флюсом
Опыт расчета металлургических реакций при дуговых методах сварки показывает,
что в большинстве случаев для прогнозирования их влияния на свойства металла
швов достаточно ограничиться моделированием на безе термодинамических расчетов,
и только в отдельных случаях (например, при расчете количества структурных
составляющих или состава неметаллических включений в металле шва) необходимо
учитывать кинетику процессов. Для термодинамического моделирования примем
допущение о том, что все рассматриваемые процессы происходят одновременно и
независимо друг от друга. Тогда становится возможным рассмотреть комплекс
реакций на каждой межфазной границе отдельно.
При дуговой сварке под флюсом существуют четыре межфазные границы:
между металлической (капля на конце электрода) и газовой фазами (граница I);
между газовой и шлаковой фазами (граница II);
между шлаковой и металлической (сварочная ванна) фазами (граница III);
между металлической (сварочная ванна) и газовой фазами (граница IV).
Общая схема металлургических процессов, которые протекают на каждой из границ
представлена на рис. 2.1. Данные для термодинамических расчетов этих реакций
собраны в Приложении Б.
2.1.1. Реакции на межфазной границе «капля электродного металла - газовая фаза»
Капля расплавленного металла на конце электродной проволоки нагревается до
высоких температур, которые определяются энергетическими параметрами дуги, но в
любом случае достигают уровня достаточного для испарения металлов. Схематически
процесс испарения с поверхности капли можно записать следующим образом:
[Me] « {Me} (1)
Зная константу равновесия таких реакций и активность легирующего элемента в
металле сварочной проволоки, можно определить парциальное давление паров
металла в газовой фазе:
РМе = КрЧаМе.
Константы равновесия реакций зависят от температуры
где
Данные для расчета величины свободной энергии испарения металлов приведены в
табл.Б.1.
Активность легирующих элементов в стали определяется из выражения
aMe = fMexMe,
где fMe и xMe – коэффициент активности и концентрация элемента в стали,
соответственно. Коэффициент активности элемента в расплавах сложного состава
можно рассчитать по формуле:
Параметры взаимодействия первого и второго порядков eij и rij, которые входят в
состав этой формулы, находят по справочным таблицам, например [94, 95].
2.1.2. Реакции на межфазной границе «газовая фаза - шлак»
На границе между газовой и шлаковой фазами, под действием высоких температур,
происходят процессы разложения оксидов и солей металлов, а также диссоциация
карбонатов, входящих в состав сварочных флюсов.
В результате протекания реакций (Б.2-7) в расплаве шлака происходит разложение
оксидов и фторидов металлов с образованием кислорода или фтора. Используя
энтропийный метод расчета можно определить парциальное давление этих газов над
расплавом шлака.
Для реакци