6. Окисление металла при сварке под флюсом

По принятой классификации сварочные флюсы по химическому составу делят на три группы: оксидные, солевые, солеоксидные.

Оксидные флюсы преимущественно состоят из оксидов металла. Солевые флюсы состоят из хлористых и фтористых солей металлов и других химических соединений, не содержащих кислород. Из-за малой химической активности их используют главным образом при сварке и их сплавов и других химически активных металлов. Солеоксидные флюсы состоят из фторидов и относительно прочных оксидов металлов.

При сварке сталей применяют преимущественно оксидные и солеокисдные флюсы. По химическому составу шлакообразующей части эти флюсы делят на кислые, нейтральные и основные, что определяется содержанием в их составе кислых и основных оксидов. Оксиды алюминия и железа имеют амфотерный характер. Фториды и хлориды относятся к химически нейтральным соединением.

В зависимости от содержания в них флюсы делят на высококремнистые, низкокремнистые и безкремнистые. Флюсы с содержанием более 35 % относятся к высококремнистым, с меньшим содержанием к низкокремнистым. В безкремнистых флюсах содержание не превышает 5 %.

По содержанию плавленые флюсы разделяют на безмарганцовистые (до 1 % ), марганцовистые (до 10 % ) и высокомарганцовистые (свыше 10 % ).

Обогащение наплавляемого металла кислородом при сварке под флюсом происходит в основном за счет взаимодействия расплавленного флюса-шлака с металлом по типу реакции (10). Поэтому пути попадания кислорода в металл и формы его присутствия целесообразно рассматривать в зависимости от химического состава флюса.

Наиболее распространена для сварки сталей группа флюсов на основе системы Поэтому насыщение металла шва кислородом происходит в основном за счет протекания между шлаком и металлом кремне- и марганцевосстановительных процессов.

6.1. Совместное протекание восстановительных реакций кремния и марганца.

Совместное протекание реакций можно выразить как

(42)

или с учетом присутствия реакцией вида

(43)

Анализ зависимости констант равновесия реакций (42) - (43) от температуры показывает, что в низкотемпературной области сварочной ванны восстановление кремния может протекать практически идентично реакциям (42) и (43).

В высокотемпературной области предпочтительна реакция (42), однако в обеих реакциях с повышением температуры скорость реакции слева направо снижается. Поэтому, по-видимому, направление протекания этих реакций будет определяться концентрационными условиями в сварочной ванне.

Константа равновесия реакции (42) имеет вид

где - активность реагентов, участвующих в реакции.

Учитывая, что реакция (42) сравнительно мало влияет на изменение концентраций и в шлаке, можно считать, что существует тенденция к установлению в сварочной ванне соотношения между концентрациями и в виде

(44)

где - коэффициент, определяемый концентрационными условиями в сварочной ванне.

Исходя из зависимости (44) можно полагать, что для кремниймарганцевых флюсов при неизменной концентрации оксидов кремния и марганца в расплавленном шлаке повышение исходной концентрации кремния в сварочной ванне должно способствовать восстановлению и его более полному растворению сварочной ванной. Это подтверждается экспериментальными данными. С другой стороны установлено, что увеличение в сварочной ванне концентрации вызывает интенсивное восстановление .

При сварке под безмарганцовистыми флюсами или с низким содержанием оксида марганца протекание реакций (42) и (43) вправо способствует окислению марганца и снижению его содержания в сварочной ванне.

Для растворения кремния в сварочной ванне при сварке безкремнистыми флюсами снижение основности флюса способствует лучшему переходу кремния в металл шва.

Таким образом, прирост и в наплавленном металле зависит от многих факторов, но главными являются концентрационные условия на границе флюс-металл сварочной ванны.