Глава 2. Взаимодействие металла с азотом

Анализ данных табл. 2.8 показывает, что окисление капель металла на прямой полярности значительнее, чем на обратной. Степень диссоциации азота при температурах сварочной дуги между железными электродами невелика, в то время как кислород при 4000 К диссоциирован почти наполовину (см. рис. 2.50). Вследствие этого окисление металла при сварке в смеси Аг + 02 происходит интенсивнее, чем насыщение его азотом в смеси Аг + N2 при одинаковой концентрации кислорода и азота в смесях.

Более высокое содержание кислорода в металле может объясняться также большей растворимостью кислорода в жидком железе при высоких температурах.

При плавлении проволоки Св-08А на обеих полярностях в атмосфере Аг + 02 + Ы2 содержание азота в каплях выше, чем в смеси Аг + Ы3. В случае, когда оба газа (кислород и азот) находятся в смеси с аргоном, при сравнительно низких температурах дуги начинается цепная реакция образования N0 по уравнениям (2.73) и (2.74). Вероятность ионизации N0 в дуге значительно выше чем N3, N и 02, вследствие чего в катодной области может также наблюдаться увеличение концентрации оксида азота. Оба эти фактора способствуют энергичному окислению металла и абсорбции азота каплями жидкого металла.

При плавлении хорошо раскисленной проволоки Св-08Г2С в среде Аг + 03 + N2 и Аг + N2 содержание азота в каплях практически одинаково. В смеси Аг + N2 на прямой полярности содержание азота в каплях даже несколько выше, чем в смеси Аг + )2 + 02. Это, по-видимому, связано с окислением металла на торце электрода и образованием шлака, состоящего из ИеО—5Ю2—МлО и препятствующего в некоторой мере поглощению азота. О наличии шлака свидетельствует более высокое содержание кислорода в каплях при сварке в смеси Аг + Ы2 + 02. Шлак, состоящий из РеО— БЮ;— МпО, по-видимому, лучше защищает металл, чем шлак — из РеО. Предположение о защитной роли шлаковой пленки подтверждается опытами по сварке проволокой Св-0Х18Н9 в смесях Аг + N2 + 02 (табл. 2.9). Сварка производилась на прямой полярности: /са = 180.260 А; £/д = 26.27 В; упод = 270 м/ч. Добавки кислорода также способствовали некоторому снижению содержания азота в каплях, что было связано, по-видимому, с образованием пленки шлака, содержащего оксиды хрома и препятствующего проникновению азота в металл.

В сварочных материалах, применяемых в промышленности (электроды, порошковые проволоки), расплавленный металл защищается значительными количествами шлака. Результаты ис-

2.9. Влияние кислорода на абсорбцию азота металлом

следований влияния окисленности шлака на абсорбцию азота при сварке электродами с рутиловым покрытием приведены в параграфе 2.11.

Полярность не оказывает существенного влияния на характер переноса металла при плавлении электродов рутилового типа; в поведении активных пятен нет такого различия, как при сварке голой проволокой. Эти обстоятельства, а также защита капель и ванны слоем шлака, предопределяют сравнительно небольшое различие в процессе поглощения азота на обеих полярностях.

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы.

1.Условия сварки (режим, полярность, состав электродного металла, защитной атмосферы, покрытия и др.) определяют температуру дуги и металла, степень диссоциации газов в дуге и их парциальное давление, время взаимодействия металла с окружающей средой и размер поверхности взаимодействия. С увеличением тока увеличивается степень диссоциации азота; это способствует абсорбции азота железом и сплавами на его основе. Одновременно с возрастанием тока увеличивается температура капель. В каплях, полученных при расплавлении проволоки Св-0Х18Н9, это приводит к снижению растворимости азота, а в каплях низкоутлероди-стой стали, наоборот, к увеличению растворимости. Увеличение силы тока вызывает снижение содержания азота в каплях нержавеющей стали, а в каплях низкоуглеродистой стали на прямой полярности содержание азота сначала возрастает, а затем начинает снижаться вследствие интенсивного испарения металла капель и уменьшения парциального давления азота у реакционной границы газ—металл.

2.Содержание азота в каплях на прямой полярности, как правило, выше чем на обратной. Это связано с их температурой и различным характером плавления электродной проволоки и поведения активных пятен на обеих полярностях. При контактировании атомарного азота с металлом, не защищенным шлаком, время и поверхность взаимодействия фаз газ—металл играют второстепенную роль. Наблюдающееся с увеличением силы тока уменьшение показателя взаимодействия ш = октк только в некоторой степени может способствовать снижению абсорбции азота каплями. Роль кинетических факторов возрастает при наличии слоя шлака, резко замедляющего процесс абсорбции азота металлом.