14. Свариваемость высоколегированных сталей.

Высоколегированными называют стали, в которых содержание одного из легирующих элементов составляет не менее 5 %, а суммарное содержание всех превышает 10 %.

Большинство высоколегированных сталей характеризуются пониженной теплопроводностью, большим коэффициентом теплового расширения, высоким электрическим сопротивлением. Такие стали находят широкое применение при изготовлении оборудования для химической, нефтяной промышленности, в энергетическом машиностроении, в атомной, ракетной технике.

По структуре высоколегированные стали условно делят на мартенситные, мартенситно-ферритные, ферритные, аустенитные, аустенитно-ферритные, аустенитно-мартенситные, мартенситно-стареющие.

15. Причины образования пор в металле шва и меры по их предотвращению.

Возникновение пор (газовых пузырей) в шве связано с выделением водорода или азота либо окиси углерода из металла в момент его затвердевания.

Водород может попадать в зону сварки вместе с маслом и ржавчиной, находящимися на поверхности электродной проволоки и на кромках свариваемого металла при плохой их очистке, а также при использовании влажного флюса или влажного защитного газа при сварке на открытом влажном воздухе.

Азот может попадать в зону сварки при плохой ее защите от воздуха; вместе с защитным газом (аргоном, углекислым газом); вследствие подсоса воздуха через зазоры между свариваемыми кромками, а также вместе с воздухом, находящимся между зернами флюса. При этом чем более крупные зерна имеет флюс (меньше его насыпной вес), тем больше азота и кислорода попадает в зону сварки.

При затвердевании металла растворимость в нем водорода и азота скачкообразно падает (рис. 32), и избыток их выделяется в виде пузырьков. Вследствие быстрого затвердевания металла пузырьки газа не успевают полностью выделиться в атмосферу и остаются в шве в виде продолговатых пор.

Чем больше водорода или азота попадает в зону сварки, тем больше их растворяется в жидком металле и тем большая вероятность образования пор в шве. При неизменном количестве растворенного в ванне водорода или азота увеличение времени пребывания металла ванны в жидком состоянии (уменьшение скорости кристаллизации) способствует дегазации жидкого металла и уменьшает вероятность образования пор в шве. Благодаря этому, например, при электрошлаковой сварке поры в шве не образуются. На удаление газов из сварочной ванны оказывает влияние и ее форма: из мелкой и широкой ванны газы удаляются легче, чем из глубокой и узкой.

Увеличение скорости дуговой сварки и уменьшение сварочного тока (уменьшение погонной энергии сварки), равно как и понижение температуры свариваемого металла, наоборот, приводят к увеличению скорости кристаллизации и повышению склонности шва к образованию пор.

С увеличением напряжения дуги при сварке под флюсом и в углекислом газе повышается содержание азота в шве и вероятность образования в нем пор. 

16. Металлургические процессы, протекающие в сварочной ванне при сварке сталей. Их классификация.

Металлургические процессы при сварке характеризуются сосредоточенной на маленьком участке металла большой температурой, высокой скоростью кристаллизации расплавленного металла сварочной ванны и небольшим его объемом, а также сложными физическими и химическими явлениями, протекающими при переходе расплавленного металла электродного стержня в сварочную ванную и взаимодействием его и металла сварочной ванны с окружающей газовой средой, шлаками расплавленных покрытий и основным металлом.

В отличие от обычного металлургического процесса протекающие в сварочной ванне химические реакции не достигают равновесия, что обусловливается небольшим объемом расплавленного металла в сварочной ванне и кратковременным его пребыванием в жидком состоянии. Во время расплавления металла при сварке происходит окисление и восстановление различных элементов и легирование сварного шва, а также диссоциация газов. Металлургические процессы, происходящие при сварке плавлением, должны обеспечивать получение наплавленного металла с определенным химическим составом, требуемыми механическими свойствами и с необходимой макро- и микроструктурой.

Классификация металлургических процессов

Пирометаллургические процессы проводят при высоких температурах, с полным или частичным расплавлением материалов.

По характеру протекающих физико-химических превращений, поведению компонентов и конечным результатам пирометаллургические процессы можно разделить на три группы:

- обжиг;

- плавка;

-дистилляция.

Обжиг – металлургический процесс, проводимый при высоких температурах (500-1200⁰С) с целью изменения минералогического и химического составов перерабатываемого сырья.

Плавка – пирометаллургический процесс, проводимый при температурах, обеспечивающих в большинстве случаев полное расплавление перерабатываемого материала.

Дистилляция – процесс испарения вещества при температуре несколько выше точки его кипения, позволяющей возгонкой разделить компоненты обрабатываемого материала в зависимости от их летучести.

Гидрометаллургические процессыпроводят в водных средствах при температурах не выше 300оС.

Любой гидрометаллургический процесс состоит из трех основных стадий:

-выщелачивание;

-очистка растворов от примесей;

-осаждение металла из раствора;

Выщелачивание– процесс перевода извлекаемых металлов в раствор при воздействии растворителя на перерабатываемый материал (руду, концентрат, полупродукты металлургического производства и т.п.) часто в присутствии газового реагента – О2, Н2 и др.

В результате выщелачивания получают два продукта:

1. Раствор извлекаемого металла (обычно загрязненный примесями);

2.Нерастворенный остаток, состоящий, в основном, из пустой породы.

В качестве растворителей используют:

- Н2О;

- растворы кислот, щелочей или солей.

Очистку растворов от примесейпроводят с целью предотвращения их попадания в извлекаемый металл при последующем его осаждении.

Осаждение металлов из очищенныхрастворов от выщелачивания проводят электролизом водных растворов, цементацией или восстановлением газообразными восстановителями под давлением.

Ионообменные процессыоснованы на способности некоторых твердых веществ (ионов) при контакте с растворителями поглощать ионы из раствора в обмен на ионы того же знака, входящих в состав ионита.

В качестве ионитов используют твердые синтетические, высокомолекулярные вещества, обладающие высокой обменной ёмкостью (ионообменной способностью), химической стойкостью и механической прочностью.

По знаку заряда обменивающихся ионов различают:

- катиониты;

- аниониты;

-амфолиты – амфолитные иониты, способные одновременно осуществлять как катионный, так и анионный обмен.

Экстракцией (жидкостной экстракцией) – называется процессизвлечения растворенных химических соединений металлов из водного раствора в жидкую органическую фазу, не смешивающуюся с водой.

Последующей реэкстракцией из органической фазы экстрагированный металл извлекают в водный раствор.

В качестве экстрагентов используют:

- органические кислоты и их соли;

- соли аминов и аммониевых оснований;

- спирты;

- эфиры;

- кетоны.