нні плавленням, з одного боку, знижують термодинамічну стійкість оксидів, але, з іншого боку, швидкість їх утворення різко збільшується і за дуже невеликий час зварювального циклу метали поглинають значну кількість кисню. Поглинений кисень може знаходитися в металі або розчиненому стані у вигляді оксидів або субоксідов, а також може створювати неметалеві включення ендогенного типу, що утворилися при раскислении металу більш активними елементами. І те, і інше різко знижує якість зварних з'єднань, особливо пластичність металу шва. Дослідження цього питання показали, що основна маса кисню в металі зазвичай знаходиться в неметалевої включеннях. Джерелами кисню в металі при зварюванні служать окислювально-відновні реакції між металом і атмосферою зварювальної дуги, металом і шлаками, що утворюються в результаті плавлення флюсів або при розкладанні і плавленні компонентів електродного покриття, а також взаємодії з наповнювачам порошкового дроту.
Особливо великі швидкості взаємодії металу з довкіллям у високотемпературній зоні зварювання, до якої слід віднести краплю плавкого металу на торці електрода або електродного дроту, дугового або плазмовий розряд і передню частину ванни. Більш повільно ці процеси розвиваються в хвостовій частині ванни, так як там температура наближається до температури кристалізується металу. Температурний перепад між цими зонами настільки великий, що реакції окислення - Відновлення змінюють свій напрямок. Так у краплі плавиться на електроді металу відбувається інтенсивне поглинання кремнію і марганцю в результаті окислення заліза, у той час як у хвостовій частині зварювальної ванни кремній і марганець відновлюють залізо, окисляючись самі. Крім того, взаємодія металу з киснем при зварюванні ускладнюється утворенням розчинів оксидів в металах, а це сильно змінює термодинамічну стійкість через зростання ентропії в процесі розчинення.
Розкислення металу зварювальної ванни - відновлення металу зварювального з'єднання вимагає видалення кисню з зварювальної ванни, поки вона знаходиться в рідкому стані.
Відновлення або розкислення зварювальної ванни можна здійснювати декількома способами:
1) Витяг його більш активними металами - розкислення осадженням.
2) Відновлення металу газової атмосферою, що контактує з металом зварювальної ванни.
3) Витяг оксидів з металевої ванни, шляхом обробки її шлаками.
Всі ці методи реалізуються в зварювальної технології, але для різних металів вони будуть застосовуватися з різним успіхом. Так, для металу з високою термодинамічною стійкістю оксидів ці способи відновлення майже не дають ефекту і для отримання якісного з'єднання з цих металів необхідна по можливості повна ізоляція їх від окисляющей атмосфери.
Легування металу шва при ручному зварюванні покритими електродами: Метал шва утворюється з основного металу, електродного дроту і покриття, легування здійснюється наступним чином:
- легування шляхом введення в покриття електрода порошкоподібних металевих добавок або феросплавів - марганцю, кремнію, титану;
- легування в результаті відновлення оксидів, що входять до склад покриття, легко здійснюване для малоактивних металів і обмежене для таких елементів, як марганець, кремній і хром;
- легування шляхом зміни складу електродних дротів, дають самі стабільні результати;
- легування в результаті розплавлення основного металу, що має місце при зварюванні високоміцних і теплостійких сталей.
2.3 Термодинамічне дослідження одного з ймовірних металургійних процесів
Розглянемо реакцію
В
Визначимо ймовірність протікання прямої реакції при різних температурах. br/>
Табл. 3.2 - Значення стандартних параметрів реагуючих речовин.
Речовина
, кДж/моль В· К
, кДж/моль В· К
, кДж/моль В· К
Fe
0
0,02715
0,025
O
0
0,20504
0,02935
FeО
-264,8
0,06075
0,04925
О”G т Вє = О”H Вє 298 - О”S Вє 298 В· T - В· f (T) В· T
де О”G т Вє - вільна енергія Гібса, кДж/моль;
О”H Вє 298 - ентальпія (кДж/моль);
О”S Вє 298 - ентропія (ДЖ/моль . К);
- теплоємність (ДЖ/моль . К);
f (T) - функція Уліха;
Т - абсолютна температура (К).
Формула для обчислення ентальпії:
