Глава 1. Взаимодействие металла с водородом

талл наиболее сильных ионов Ре2' и Мп3+. Расчеты, выполненные В.И. Явойским [2], показали, что более легко осуществляется переход ионов железа, а не марганца. Процесс перехода водорода через рассматриваемую границу можно представить по схеме 12]:

Рег' + 20Н" = Яе,ж + 2[0] + 2(Н],(1.28)

Ре(ж1 + 20Н = Ре2* + 202" + 2Н,(1.29)

нли без участия ионов железа

20Н=02 +[0] + 2[Н].(1.30)

Водород переходит от поверхности раздела газ-шлак в металл частично пугем диффузии и конвективными потоками. Коэффициент диффузии водорода в шлаке мало зависит от состава

шлака и £{1ш) = (1.2,6)10~5 см2/с |28], что намного меньше суммарного коэффициента массопередачи, определенного при перемешивании шлака [25, 26, 28]. Водородопроницаемость шлака в значительной мере зависит от его вязкости. Повышение температуры увеличивает скорость массопередачи водорода из атмосферы печн через шлак к металлу в'основном потому, что понижается вязкость шлака |2].

При интенсивном перемешивании шлака, т. е. в условиях, которые в некоторой степени подобны поведению шлака при дуговой сварке, массопередача через шлак возрастает. При постоянной поверхности контакта шлак—газ скорость передачи водорода металлу пропорциональна этой поверхности. Пути удаления водорода из жидкого металла при сталеплавильных процессах рассмотрены в специальных монографиях [1, 2, 31 и др.].

Изучению поведения водорода прн дуговой сварке и плаз-мепно-луговой обработке сталей посвящен ряд работ отечественных и зарубежных ученых [6, 32—40]. Особенностью процессов взаимодействия газов и шлака с металлом при дуговой сварке является высокая температура столба дуги и расплавленного металла, большая скорость и кратковременность протекания реакций. От температуры зависят степень диссоциации и ионизации газов в дуговом промежутке, характер протекания процессов между газовой, металлической и шлаковой фазами, плавления и переноса электродного металла [40|. В работе [40] отражены взаимосвязь состава покрытий и атмосфера дуги при сварке электродами с рутиловым и рутил-карбонатным покрытиями. Исследо-

1.2, Температура электродного металла

вана роль стадии капли и сварочной ванны в поглощении водорода. Показано, что концентрация водорода в каплях электродного металла может достигать порядка 100 см3/100 г, что существенно превышает растворимость водорода в жидком железе при температуре плавления. Обеспечение плотных швов достигается вследствие интенсификации процессов абсорбции водорода на стадии капли введением в состав электродных покрытий алюмосиликатов, содержащих кристаллизационную воду, а также десорбции водорода металлом сварочной ванны. Показано влияние оксидирования металла шва и поверхностно-активных элементов на десорбцию водорода и образование пор в швах.

Предупреждение холодных трещин при сварке высокопрочных низколегированных сталей достигается при обеспечении низких содержаний водорода в швах (менее 3 см3/Ю0 г в наплавленном металле). Поэтому возникла необходимость в разработке достоверных и быстрых методов измерения низких содержаний водорода в сварных швах и сварочных материалах, исследовании реакций фтористых соединений в дуговом промежутке, разработке технологических и металлургических методов снижения содержания водорода в сварных швах.

1.2. Температура электродного металла

Температура электродного металла является важнейшим, а в ряде случаев и определяющим параметром металлургических процессов, происходящих при дуговой сварке металлов.

Измерения температуры электродного металла при сварке покрытыми электродами с помощью термопары погружения были выполнены В.Н. Горпенкжом и И.К. Походней [41]. Они определяли температуру поверхности капли Гмакс и среднюю температуру капли на оси электрода в интервале ТПл.Тмакс.

Как показала рентгенокиносъемка [40, 42], при плавлении электродов с рутиловым покрытием образуется капля конической формы, от которой с большой частотой отделяются мелкие капли. А у электродов с покрытием основного вида образуются крупные, медленно растущие сферические капли, которые почти полностью переходят в ванну по достижении критического объема.

В электродах с мелкокапельным переносом удавалось регистрировать температуру поверхности капли в течение времени, которое в несколько раз превышало продолжительность полного обновления металла капли. Измеренная таким образом температура

14-5-193"

.1