Основни реакции в зоната на заваряване

Нека разгледаме основните реакции в зоната на заваряване, характерни за стоманата, като най-често срещаните в индустрията.­талус. Характеристиките на процесите, протичащи при заваряване на други метали и сплави, ще бъдат разгледани в описанието на техно­логиката на заваряване на тези сплави. __________ - *

При заваряване на стомана една от основните задачи е да се получи разтопен метал, ако е възможно, без примеси на кислород, азот, водород и сяра.

'' Кислородът е най-вредният примес, тъй като окислява разтопен метал, образувайки химични съединения - оксиди.

Ако оксидите са разтворими в течния метал, тогава те се абсорбират от последния, образувайки с него твърд разтвор по време на втвърдяването. Не­от втвърдения метал се отделят разтворими оксиди,­ходене в шлаката. Някои от неразтворимите оксиди остават в заварения метал под формата на сферични включвания (т.нар. Глобули) или, разположени по границите на зърната, нарушават адхезията им между­правя себе си.

С желязото кислородът образува три оксида:

железен оксид съгласно реакцията 2 Fe-f - 02 ^ ± 2 Fe О; железен оксид по реакция 3 Fe - f - 2 Fe304;

железен оксид-оксид съгласно реакцията 2 Fe - f-1,5 02 ^ ± Fe303,

По време на окислението първо се образува железен оксид, който впоследствие при подходящи условия (температура, съответстваща­носене на кислород и желязо в заваръчния басейн) може­да се пие в оксид и оксид-железен оксид. Когато желязото се окислява по време на заваряване, железният оксид играе основна роля, тъй като само той е в състояние да се разтвори в течния метал.

Кислородът също така лесно се комбинира с въглерод, манган, силиций и други елементи, които съставляват заварения метал, електроди, електродни покрития и потоци, образувайки съответните оксиди на тези елементи.

Окисляването на елементи по време на заваряване може да възникне или в зоната на заваръчната дъга, където кислородът е в атомно състояние и е силно реактивен, или по време на взаимодействие­vii ги с железен оксид (FeO) във вана от разтопен метал.

Наличието на кислород в заваръчния метал под формата на твърд разтвор или оксидни включвания засяга преди всичко влошаването­механичните свойства на напластения метал: пределната якост и якост на провлачване, относително удължение, ударна жилавост намаляват. Освен това кислородът влияе неблагоприятно върху други свойства на метала - намалява устойчивостта му на корозия, увеличава склонността към стареене, прави метала студено чуплив и червеникав­ким.

По този начин, най-важното. условието за получаване на висококачествен депозиран метал е неговата защита срещу киселинно окисляване­родом от околната среда. Това се постига, първо, чрез създаване­защитна среда от газове и шлаки около разтопения метал. Не е възможно обаче металът да бъде напълно защитен от окисляване. Следователно, второто средство за решаване на този проблем­chi е отстраняването на кислород от заваръчния метал от­от силата на химичните елементи, които имат по-голям афинитет към кислорода от желязото и образуват оксиди, които са по-малко разтворими в течен метал от FeO. Този процес се нарича накуцване -

Реакциите на окисление и деоксидация се причиняват от един и същ химичен процес, но протичащ само в противоположни посоки. Този процес може да бъде изразен в следната обща форма­муле:

където m е броят на молекулите на метал (Me) или друг участващ елемент­действащ в реакция с кислород; n е броят на кислородните молекули (O ^, които са преминали в окисление или се съдържат в оксида.

Стрелките показват посоката на реакцията: отдясно - окисляване, отляво - дезоксидация (редукция на метали от оксид). Когато оп­За определени съотношения на метал и кислород, цялата система може да бъде в състояние на химическо равновесие в даден момент­температура и налягане, т.е. процеси на окисляване или редукция­няма да изтече. Тогава в даден обем веществата ще бъдат­намират се както чист метал, така и неговият оксид. Такава държава ха­се характеризира с определена величина, наречена константа [4] равна­Новост К. Тази стойност е равна на:

Вземат се тегловните проценти от концентрациите на взаимодействащите вещества. Числителят е продуктът на концентрата­реакционни вещества, а знаменателят е концентрацията­продукти на реакцията. За всяко вещество съответно стойностите на К­съответстващи на равновесното състояние на системата при различни налягания­стойностите и температурите се определят емпирично и се дават под формата на таблици или графики. Колкото повече действителната стойност на K се различава от равновесната стойност, изчислена за една и съща температура и налягане, толкова по-голяма ще бъде скоростта на реакцията. Ако съотношението на концентрациите на веществата от дясната страна на формулата е по-голямо от равновесието­стойност на K, тогава реакцията ще премине вдясно и ще настъпи окисляване на елемента Me. Когато съотношението е обърнато, процесът отива наляво и настъпва деоксидация (редукция на елемента Me от оксида). С повишаване на температурата скоростта на тези реакции се увеличава.