Выбор защитной атмосферы определяется как типом сварочного процесса, так и родом свариваемого металла. При этом необходимо учитывать не только восстановительно-окислительные свойства применяемых защитных газов, но и возможность непосредственного их взаимодействия со свариваемым металлом, иногда ведущего к неблагоприятным последствиям (недопустимому науглероживанию, насыщению газами и др.).

Особенности нагрева и деформирования при сварке с кратковременным нагревом, кроме газопрессовой, были рассмотрены в предыдущей главе. Для газопрессовой сварки при использовании горелок охватывающего типа характерен относительно равномерный нагрев по периметру свариваемых деталей с регулированием градиента температуры вдоль их оси не только за счет изменения длительности нагрева, но и путем поперечных колебаний горелок; при торцовых горелках достигается равномерный нагрев торцов с регулированием градиента температуры вдоль деталей только изменением продолжительности процесса.

Как правило, газопрессовая сварка осуществляется при невысоких градиентах температуры. При кольцевых горелках это связано с необходимостью выравнивания температуры по сечению в условиях обогрева внешними источниками тепла. В связи с широкой зоной нагрева удельное давление осадки при газопрессовой сварке близко к соответствующему параметру для контактной сварки оплавлением с подогревом.

§ 2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛОВ С НЕКОТОРЫМИ ГАЗАМИ

При сварке давлением для защиты применяют инертные газы (аргон), водород, азот, окись углерода, углеводороды (метан, ацетилен). Эти газы, кроме аргона, обычно исйользуют в виде смесей. Водород и азот иногда применяют и без специальных добавок других газов. В качестве нежелательных примесей в защитной атмосфере, как правило, присутствуют в небольшом количестве пары воды, углекислый газ и кислород.

Инертные газы химически не взаимодействуют с металлами и не растворяются в них. Взаимодействие металлов с кислородом было рассмотрено в гл. II. Скорость окисления для металлов, образующих окислы п-типа, не зависит от парциального давления кислорода, а для металлов с окислами р-типа, хотя и зависит от него, но уменьшается с понижением парциального давления кислорода медленно. Все это справедливо, конечно, до тех пор, пока количество кислорода в окружающей атмосфере обеспечивает поступление Ог к поверхности раздела окисел—газ в количестве, достаточном для связывания ионов металла, диффундирующих через окисную пленку.

В применяемых газах всегда содержится кислород в количествах, не лимитирующих возможность окисления в условиях 208

сварки давлением. Например, в аргоне или азоте высокой чистоты содержится только 0,003% кислорода, его парциальное давление равно 2,3-10"2 мм рт. ст. При таком давлении время образования монослоя адсорбированного кислорода (без учета затрудняющего действия адсорбции молекул аргона или азота) составляет около 0,0005 сек, и уже за 0,01 сек может образоваться 20 атомных слоев окисла, что соответствует толщине пленки порядка 100 А. Рассмотрим взаимодействие некоторых чистых металлов с чистыми газами.

Железо. Водород растворяется в железе с диссоциацией молекул #2 н8 атомы. Поэтому растворимость водорода в железе пропорциональна Т^рн,. где рн2—парциальное давление водорода. Изобара растворимости водорода в чистом железе (рис. 141) ПРИ Рн = 1 0/71 Указывает на резкое ее изменение при температурах полиморфных превращений. Углерод незначительно, кремний и кислород резко уменьшают растворимость водорода в железе [1201.

Растворимость азота в железе также пропорциональна Т^Ри* • Полиморфные превращения сказываются на растворимости азота (рис. 141) еще резче, чем водорода. Углерод и фосфор снижают растворимость азота в железе, марганец и хром резко ее повышают [120]. Содержание азота в мартеновской стали обычно не выше 0,002—0,004%. В электросталях с высоким содержанием хрома оно может подниматься до 0,01% (если не предусмотрено легирование азотом).

В результате диссоциации окиси углерода и углеводородов (например, метана) по реакциям

2СО-чС + СОа; 1

СН4-С-г-2На 1(36)

выделяется углерод, который может науглероживать железо. Окись углерода практически нерастворима ни в жидком, ни в твердом железе. Углекислый газ и

пары воды взаимодействуют с железом по обратимым реакциям

COa-f-FeXTFeO + CO;

[и] пл/Ю0г 30~

H20 + Fe^TFeO+ Н5

Направление реакции (окисление или восстановление) за-

висит от отношения

нао

а также от температуры. При неограниченном поступлении

14 А. С. Гельман

Рис. 141. Зависимость растворимости водорода и азота в железе от температуры