мм рт. ст

Рис. 143. Зависимость скоростей окисления voк и восстановления ьвос низкоуглеродистой стали при Т= 1320° С от парциального Давления кислорода

значение ро2 на несколько порядков выше упругости диссоциации РеО для принятой температуры. Важно и то, что легирование стали всеми обычными элементами, кроме никеля и кобальта, снижает скорость диффузии углерода и может существенно сдвинуть предельно допустимое парциальное давление ро„ в сторону более низких его значений [106]. Так, энергия активации диффузии углерода в аустените с 31 400 кал/моль для железа растет при легировании: 7,5% Сг до 38 800; 1 % Мо до 34 500; 10% Б1 до 33 400 кал/моль; добавка 10% № снижает (2 до 30 500 кал/моль.

Обычно окислы восстанавливают, если это возможно термодинамически, водородом, окисью углерода или углеводородами, а также их смесями. Как правило, в защитной атмосфере присутствуют в небольшом количестве и газы-окислители (СО 2, Н26, кислород).

Двуокись алюминия при температуре ниже точки плавления алюминия не восстанавливается ни водородом, ни окисью углерода; поэтому при сварке алюминия без оплавления нет эффективной восстановительной среды.

Окислы меди легко восстанавливаются водородом; однако-возможность реакции водорода, растворяющегося в меди, с находящимся в ней кислородом может приводить к охрупчиванию металла в результате образования Н20, нерастворимого в меди и трудно диффундирующего через металл. По этой же причине при сварке меди непригодна защита углеводородами. Возможно, что при сварке меди без оплавления применима защита аргоном или азотом, не взаимодействующими с медью, при условии очень высокой степени их очистки от02 и Н20 и небольшой добавки газа-восстановителя (На или СО).

Вряд ли возможна эффективная защита при сварке без оплавления титана, образующего трудновосстановимые окислы и энергично взаимодействующего с газами-восстановителями.

Хотя окислы ниобия менее прочны, чем титана, высокая химическая активность ниобия затрудняет подбор защитной атмосферы. Еще раз необходимо подчеркнуть, что здесь рассматривается сварка с быстрым нагревом. При сварке с длительным нагревом, и в частности при сварке без оплавления в вакууме возможна очистка соединяемых поверхностей путем растворения окислов в металле или других медленно протекающих процессов (см. гл. VIII).

Практическое значение имеет только сварка с газовой защитой без оплавления стали (например, с нагревом т. в. ч). В качестве восстановительной среды иногда применяют водород (добавляемый к азоту, слабо взаимодействующему с твердой сталью) или углеводороды (природный газ, иногда с добавкой ацетилена). В защитных газах, содержащих водород, всегда присутствует немного свободного кислорода.

Восстановление железа водородом идет по реакции (38). Для

чистого железа константа равновесия д =-- падает с повыло

шением температуры (рис. 144). В обычном температурном диапазоне сварки (Тсв як 1200° С) К = 1,2. Таким образом, при этой температуре смесь из 45% Н20 и 55% Н2 для чистого железа уже является восстановительной. В случае подачи в зону сварки смеси, содержащей водород и кислород, причем ро2 С рн,, например рн, = 15 am, р0г = 0,005 am, в условиях равновесия практически весь кислород пойдет на связывание водорода с образованием водяного пара. При Т = 1200° С логарифм константы равновесия этой реакции

2

= 11,5.

Тогда при содержании в смеси 0,005% 02 парциальное давление паров воды составит всего 0,01%. Очевидно, что в равновесных условиях при Т= 1200° С газ, содержащий 15% Н2 и 0,01 % II20 (остальное азот), будет по отношению к железу восстановителем.

1200 1100 1000 900 800 700 600

о г и в 8 ю

Юг 103 ГО* Ю5 10е 107 Рнг_

■60 -70 Тн о

-30

-50

0,1 \0.О37 \ 0,012 10.00* I 0,007 0.062 0,022 0,007 0,042

Рис. 144. Кривые равновесия реакций: Ре + Н20;£ РеО+;Н2; Б— 2Сг +ЗН20 ■* Сг203 + ЗН2; ТНг0—температура точки росы