Все это справедливо для условий термодинамического равновесия. В действительности приходится учитывать кинетику окислительно-восстановительных процессов, протекающих в газовой фазе и на поверхности раздела газ—металл, и, в частности, то, что а) в процессе нагрева при температуре, лежащей ниже Тс„, р авно-весная концентрация Н2Ониже, чем при Тсв, а также ниже упругости диссоциации окислов железа; это может способствовать образованию окислов в ходе нагрева, восстановление которых при конечной температуре сварки не будет завершено; б) сгорание водорода с образованием Н20 и достижение равновесия этой реакции требует некоторого времени; хотя реакции в газовой фазе протекают быстро, а образование паров воды может идти со взрывом, при очень низком парциальном давлении кислорода время завершения реакции образования водяного пара может оказаться больше времени, идущего на связывание непрореагировав-шего кислорода в окислы металла.

Упругость диссоциации FeO в условиях сварочного нагрева значительно ниже парциального давления кислорода даже при очень низком его содержании в защитном газе (ро, = Ю-5 am при наличии в газе 0,001% 02). Поэтому при сварке стали без оплавления с защитой смесью азота и водорода приходится подготовлять газ так, чтобы реакция связывания кислорода в водяной пар завершалась до начала взаимодействия газа со свариваемым металлом [70]. В частности, этого можно достигнуть пропусканием газовой смеси через нагретый до 300° С палладиевый катализатор с тщательной последующей осушкой газа.

При сварке без оплавления легированных сталей, на которых образуются прочные окислы, и в частности при сварке сталей с высоким содержанием хрома, требования к защитной атмосфере еще ужесточаются. Это видно при сопоставлении кривых равновесия атмосферы Н2—Н20—N2 с железом и хромом (см. рис. 144), из которых следует, что при восстановлении Сг203 водородом допустимая концентрация Н20 на несколько порядков ниже, чем в случае восстановления FeO. В связи с этим при сварке сталей помимо связывания кислорода в Н20 производят еще и тщательную осушку газа (N2 -f- Н2) пропусканием через гидрида-кальция (СаН2) или другие поглотители влаги.

При недостаточной очистке газа от кислорода или плохой его осушке в стыке, сваренном без оплавления (сопротивлением или т. в. ч), обнаруживается специальным травлением полоска окисленного феррита (рис. 145, а) иногда с вкраплением отдельных окисных включений, которые при сварке сопротивлением без защиты достигают значительных размеров (рис. 145, б). * ' Газы-окислители могут попадать в зону сварки не только при недостаточной очистке газовой смеси, но и вследствие подсоса воздуха при плохих газозащитных устройствах, а также из-за наличия на свариваемых деталях в зоне, обтекаемой защитными

Рис. 145. Микроструктура стыков, сваренных сопротивлением (низкоуглеродистая сталь):

а — с защитой недостаточно очищенным газом (травление на выявление окисленного феррита, X 100); б — без специальной защиты (травление азотной кислотой, Х300) [70]

газами, загрязнений, например ржавчины, отдающих при нагреве влагу и кислород. Жесткие требования к чистоте защитного газа при использовании азотно-водородной смеси для сварки без оплавления приводят к необходимости подготовки изделий к сварке с тщательностью, нередко затруднительной на производстве.

Зависимость качества соединений от условий очистки защитных газов и от чистоты поверхности свариваемых деталей иллюстрируется следующими данными [36]. Азотно-водородную смесь осушали до точки росы Тт_ р = —60° С пропусканием через алюмогель и фосфорный ангидрид, а для удаления малых количеств кислорода — через ферросилиций, нагретый до 1000° С. Нагрев ферросилиция до температуры 800° С уже сопровождался заметным ухудшением защитных свойств газа (среднее значение ударной вязкости стыка труб из стали 20 понизилось с 14,5 до 8 кГм/см2). Дальнейшее понижение температуры ферросилиция до 580° С привело к падению ан до 3,5 кГм/см2. При сварке в техническом водороде, содержащем до 0,5% 02 и до 25 г/м3 влаги, среднее значение ан не превышало 1,2 кТм\смг. Еще худшие показатели были получены при сварке сопротивлением с защитой техническим азотом (с 0,2% 02): ан = 0,7 кГм/см2 в результате появления в стыке цепочки окислов. Тщательная осушка технического водорода до точки росы —63°С, но без его очистки от кислорода, незначительно повысила качество соединений по сравнению со сваркой в неосушенном водороде; ударная вязкость повысилась с 1,2 до 2 кГм/см2. Сварка в неосушенном водороде, но пропущенном через нагретый ферросилиций, также не дала оптимальных результатов (ударная вязкость не превышала 5,5 кГм/см2).