Таблица 2.6. Экспериментальные данные о массовой доле азота в каплях

кой области во много раз меньше, чем расчетные соотношения выходов ионизации железа и азота. Иными словами, для переноса азота, содержащегося в каплях-катодах в виде ионов, потребовался бы обший сварочный ток на несколько порядков больший по сравнению с тем, который был в экспериментах. В расчете не учитывалось, что основная часть легких ионов азота отражалась от поверхности металла.

Для оценки роли нейтральных и заряженных частиц в процессе абсорбции газов при дуговой сварке были поставлены опыты по расплавлению медной проволоки диаметром 2 мм в смеси Не+10% N2 и в чистом азоте. Проволока содержала 99,99 % Си и 0,002 % N. Дуга горела между проволокой и вращающимся медным диском. Медь, как известно, не растворяет азот. Если бы в этом случае происходило внедрение значительного количества ионов азота, то в каплях увеличилось бы содержание азота. Результаты опытов по изучению влияния силы и полярности тока, состава газовой среды па содержание азота в медных каплях приведены в табл. 2.7.

Химическим анализом не обнаружено изменение количества азота в каплях на обеих полярностях по сравнению с его начальным содержанием в проволоке.

Расчеты и опыты показывают, что при энергиях, используемых в дуговой сварке, внедрение ионов азота в материал катода под действием электрического поля маловероятно, и массовая доля азота в металле капель-катодов, поглощенного ими из атмосферы дуги электрически (переносом ионов), в общем содержании азота в каплях невелика.

Таблица 2.7. Массовая доля азота в медных каплях во время сварки при различных режимах

Особенностью дуговой сварки является контактирование электродного металла и ванны с газами, нагретыми до температур, превышающих температуру расплавленного металла. Азот в дуге частично диссоциирован. Атомарный азот вместе с потоком газов попадает на поверхность более холодного металла, не успевая полностью ассоциироваться в молекулы. Скорость поглощения атомарного азота во много раз выше, чем молекулярного. Поэтому при сравнительно малом времени взаимодействия металл капель успевает поглотить его значительные количества.

Режим сварки и полярность оказывают существенное влияние на температуру газа и металла, а также на условия их контактирования. При сварке в защитных газах иа прямой полярности катодное пятно в основном находится на поверхности проволоки [92]. Капля как бы омывается факелом дуги, в котором значительная часть азота находится в активной атомарной форме. На обратной полярности анодное пятно малоподвижно и постоянно находится на капле. С каплями контактирует в основном молекулярный азот (рис. 2.47). С повышением силы гока температура капель на прямой полярности увеличивается. Одновременно возрастает температура дуги и степень диссоциации азота.

На растворимость азота в металле влияет его состав и температура (рис. 2.47, 2.48). В малоуглеродистой стали растворимость азота с увеличением температуры возрастает, достигая максимума (массовая доля 0,059 %) при 2570.2670 К. В стали же 0Х18Н9 температурный коэффициент растворимости азота отрицательный; максимальная растворимость азота наблюдается при 1870.2070 К. С дальнейшим увеличением силы тока содержание азота в каплях малоуглеродистой стали на прямой полярности