Глава 2. Взаимодействие металла с азотом

Р, мм рт ст.

Массовая доля [N1, 0,ш!

15001900 2300 2700

/У-= 0,18 агм

1700 2100 2500 2900 Г К

Рис 2.24. Зависимость давления паров элементов (Я) и стали 0Х18Н9 от температуры

Рис. 2.25. Зависимость растворимости азота в стали 0Х18Н9 от температуры (равновесие с молекулярным азотом): 1 — \$кж\ ~ растворимость в зависимости от суммарного парциального давления азота и паров стали 0Х18Н9; Д[5,ж] — изменение растворимости азота в жидкой стали с повышением

температуры; 1^ж1~ Д(^ж1 — то же но с учетом отрицательного коэффициента растворимости

и давлении = 1000 кПа, составляет соответственно 0,54; 0,49 и 0,45 %.

Температурная зависимость описывается уравнением

[N1 = 1832 / 7*- 1,15.(2.31)

Влияние содержания азота в газовой фазе и давления в зоне сварки. В опытах применялась проволока Св-0Х18Н9, в которой массовая доля титана составляла 0,04.0,1 %, а азота — не более 0,039 %. Проволоку перед сваркой тщательно очищали от загрязнений и волочильной смазки.

В исследованиях использовали чистый аргон марки А по ГОСТ 10157—62, гелий высокой чистоты — по техническим условиям МРТУ 51-04-23—62 и азот 1-го сорта компримирован-ный (ГОСТ 9293—59). Источником питания дуги служил генератор ПСГ-500 с жесткой характеристикой.

2.5. Исследование абсорбции азота каплями нержавеющей стали

Опыты по получению капель выполнялись в герметичной камере (см. рис. 2.25). Перед каждым опытом камера вакуумиро-валась, заполнялась аргоном, после чего вновь вакуум и ровалась и заполнялась смесью азота и аргона. Азот тщательно осушивал-ся Р205 и очищался пропусканием газа через раствор пирогаллола и нагретую до 970.1070 К медную стружку. Количество газа контролировалось ротаметром и моновакуумметром. Дуга горела между проволокой, подаваемой автоматически, и быстровра-щающимся медным диском. Капли собирали в медную форму и затем анализировали химическим путем. Анализу подвергали капли, закристаллизовавшиеся в первую очередь. Содержание азота в камере изменяли от 0 до 100 %, Сварка происходила на прямой полярности проволокой диаметром 2 мм: /сн = 180.200 А, (/„- 26.27 В.

На рис. 2.26 приведены зависимости содержания азота в каплях от парциального давления азота в смеси с аргоном. На этом же рисунке представлена концентрация азота в стали 0X18Н9, находящейся в равновесии с молекулярным азотом при температуре 1870 К [3]. Несмотря на малое время взаимодействия, исчисляемое долями секунды, в каплях на прямой полярности фиксируются содержания азота значительно выше равновесных для парциальных давлений РЫ; 0,25,.,0,3 атм (^ 25.30 кН/м2),

Затем содержание азота в каплях стабилизируется. Следует отметить, что содержание азота, зафиксированное в каплях в данных условиях сварки, практически не превышает растворимости азота в стали 0Х18Н9 при /\= 1 атм (» 100 кН/м2) и Т = 1870 К. В

дальнейших опытах парциальное давление азота в атмосфере дуги не превышало 0,2 атм (« 20 кН/м2).

При исследовании влияния давления на абсорбцию азота камера вакуумировалась до давления 0,013 Н/м2, а затем в нее впускали предварительно очищенный и осушенный азот. Сварку выполняли на прямой полярности проволокой диаметром 1 мм. В области давлений 1.2 кН/м2 режим сварки был следующим: /са = 75.100 А; 11а - П.16 В; основным металлом служила сталь 0Х18Н9. Для получения устойчивого дугового разряда столб дуги сжимался магнитным полем. При сварке основной металл при указанных давлениях почти не расплавлялся.

Наплавленный валик представлял собой практически переплавленный электродный металл. При давлениях 40. 100 кН/м2 дуга горела между проволокой и медным диском; капли собирались в медную форму /св - 200 А; иа = 27.32 В. Результаты опы-