Поскольку в сварочных процессах для защиты металла довольно часто применяются флюсы, рассмотрим особенности перехода газов из атмосферы в металл и обратно для системы газ — шлак — металл. Сразу отметим, что механизм переноса азота и водорода в системе металл — шлак — газ изучены в гораздо меньшей мере, чем механизм переноса газов в системе металл — газ. В частности, дискуссионными остаются вопросы о влиянии состава шлака на его водородопроницае-мость, о формах существования азота в шлаке, о механизме влияния компонентов флюса на его защитные функции и т. д.

Изучение процессов взаимодействия в системе металл — шлак — газ затруднено и тем, что пока мало данных о значениях термодинамических активностей компонентов сварочных флюсов, которые в значительной степени обусловливают характер взаимодействия металла со шлаком, а значит, и переход газов из шлака в металл. Правда в последнее время появились работы [265], в которых показана возможность определения расчетным путем на основе теории регулярных ионных растворов активностей оксидов в многокомпонентных шлаковых системах, что позволяет лучше описывать процессы взаимодействия металла со шлаком.

В системе металл — шлак — газ в общем случае процесс взаимодействия металла с газом состоит из следующих этапов: массоперенос в газовой фазе; фазовый переход через границу газ — шлак; массоперенос в шлаке; фазовый переход через границу шлак — металл; массоперенос в металле. Причем описанная схема более характерна для азота, чем для водорода, так как при сварке водород в металл, в основном, поступает из флюса [207]. Это связано с тем, что во флюсах и покрытиях всегда имеется некоторое количество влаги, которая при

нагреве испаряется и, попадая в зону горения дуги, разлагается с выделением водорода. Азот, очевидно, в основном поступает в металл из атмосферы, проходя через слой шлака, что в какой-то мере подтверждается исследованиями [235] по влиянию толщины слоя флюса на содержание N2 и Нг в металле шва (табл. 10).

Рассмотрим, какие факторы влияют на взаимодействие металла с газами при наличии шлака и каково это влияние. Установлено [166], что основные шлаки по сравнению

Таблица 10. Содержание Н и N2 в металле шва при различной толщине слоя флюса

с кислыми обладают лучшей водородопроницаемостью. Причем при одинаковой основности шлака введение таких компонентов, как FeO, МпО, MgO, ведет к снижению водородопро-ницаемости шлака. Введение в шлаки как основных, так и и кислых компонентов, повышающих вязкость, приводит к к снижению их водородопроницаемости.

Интенсивному удалению гидроксильного водорода из шлака способствует добавление во флюс фторидов, особенно когда необходимо добиться низкого содержания Н2 в металле шва.

Удалить водород из шлака, а значит, и уменьшить его содержание в металле шва можно за счет электролиза расплавленного шлака. Так, при электрошлаковом переплаве на переменном токе за счет пропускания постоянного электрического тока через слой шлака удалось снизить содержание водорода в металле на 4 см3/100 г [279].

Поскольку азог попадает в металл из атмосферы, проходя через шлак, процесс взаимодействия металла с азотом будет зависеть от концентрации азота в шлаке и его диффузионной подвижности в шлаковом расплаве. О влиянии состава шлака на растворимость в нем азота существуют следующие данные. С уменьшением окислительного потенциала шлака количество растворенного в нем азота возрастает [150]. Содержание N2 в расплавленном шлаке увеличивается и при прохождении через него постоянного тока [166]. Поэтому увеличение тока шунтирования, очевидно, может способствовать повышению содержания N2 в металле шва.

Исследования влияния состава шлака на диффузионную способность азота показали [1661, что при сравнительно небольших изменениях состава шлака величина коэффициента диффузии азота может существенно измениться. Например, для системы А1203 — Si02 — СаО даже при небольшом изменении соотношения в содержании компонентов шлака коэффициент диффузии азота изменялся в пределах от 0,5 • Ю-2 до 5,2 • 10—" м2/с, т. е. почти на порядок. Столь заметная зависимость Dn от состава шлака позволяет считать, что можно, не ухудшая технологические свойства флюсов, добиться за счет небольших добавок компонентов существенного улучшения защитных свойств флюсов.

На насыщение металла шва азотом влияет и строение частиц флюса. По данным [122], при сварке под стекловидным флюсом ОСЦ-45 содержание азота в металле шва было в некоторых опытах почти в 3 раза ниже, чем при сварке под пемзо-впдным флюсом АШ. Введение во флюс фторидных соединений уменьшает содержанке азота в металле шва [123], что, по-ви-