к снижению пластических свойств его, а иногда — и к хрупкому разрушению.1

Следовательно, хотя водород и не образует с металлом шва соединений, отрицательно влияющих на прочность этого металла, он усиливает вредное влияние макро- и микронесплошностей, способствует резкому снижению пластических свойств металла и его хрупкому разрушению.

Особенно опасно наличие водорода в сталях, легированных элементами, расширяющими область у-Ие (например, С, N1, Мп и др.). Причина заключается в том, что количество растворенного в этих сталях водорода увеличивается и вследствие разновременности полиморфных превращений, протекающих в шве и в основном металле, в переходной зоне скапливается водород и возникают трещины.

Влияние окиси углерода на свойства стали. Окись углерода в тех или иных количествах всегда есть в газовой среде, но, будучи нерастворимой в жидком металле, непосредственной опасности для него не представляет. Наоборот, она может создавать защитную атмосферу у поверхности жидкого металла.

Иную роль играет окись углерода, образующаяся в самом металле при взаимодействии углерода с оксидами. В этом отношении наиболее характерна реакция между углеродом и закисью железа:

БеО + С^СО 4- Ре.(У1.22)

Наблюдающееся «кипение» металла (выделение пузырей образующейся окиси углерода) способствует удалению всех посторонних включений. Однако если в металле в момент его кристаллизации нет нужных раскислителей (например, 51, Мп), способных подавить реакцию дальнейшего образования окиси углерода, то «кипение» сварочной ванны может продолжаться и привести к нежелательному снижению содержания углерода, а также к образованию пор в металле шва.

Особенности и состав газовой среды при сварке плавлением рассмотрены нами в общем виде, без учета взаимодействия составляющих такой среды. Однако и при таком упрощении можно сделать общий вывод о необходимости защиты жидкого металла от контакта с воздухом и тщательной металлургической обработки его для получения качественного сварного соединения.

§ 39. ШЛАКОВАЯ ФАЗА

Шлаки и их назначение. Шлаки представляют собой сплав различных оксидов и солей, который имеет пониженный по сравнению с жидким металлом удельный вес и поэтому располагается в основном на поверхности металлической ванны.

В настоящее время есть две теории строения жидких шлаков: 1) молекулярная теория, разработанная В.Е. Грум-Гржимайло, М. М. Карнауховым и Г. Шенком, которые считают шлаки идеальным молекулярным растворрм свободных и связанных оксидов;

2) ионная теория, созданная советскими металлургами М. И. Тем-ииным, О. А. Есиным, А. М. Самариным, В. А. Кожауровым. Эта теория рассматривает шлаки как ионные растворы-электролиты, состоящие из катионов металлов (К+, №+, Са2ь, Mg2+, Мп2+, Ее2+ и др.) и различных анионов (Р~, 02~, РО^-, АЮ*~, 810*"", БЮ^;- и пр.).

Согласно молекулярной теории шлаков между молекулами свободных и связанных оксидов существует некоторое подвижное химическое равновесие, однако непосредственно с металлом реагируют лишь свободные оксиды. Молекулярная теория шлаков не отрицает наличие в них ионов, которым, однако, отводит второстепенную роль.

В соответствии с ионной теорией, имеющей более широкую экспериментальную основу, шлаки обладают структурой ионного типа, т. е. каждый катион окружен анионами, а анион — катионами. Ионное строение шлаков подтверждается их заметной электропроводностью (того же порядка, что и расплавов типичных электролитов) и возрастанием электропроводности с температурой, также характерным для электролитов.

Современная ионная теория шлаков позволяет объяснить ряд важных явлений, наблюдающихся в них и не понятных сточки зрения молекулярной теории. Однако эта теория в отношении сварочных шлаков еще недостаточно разработана и поэтому с ее помощью пока еще нельзя дать полное истолкование всех процессов, протекающих в сварочных шлаках и при их взаимодействии с металлом. Молекулярная теория шлаков, существующая уже давно, разработана достаточно детально и более удобна для практических расчетов равновесных состояний. Поэтому в дальнейшем сварочные шлаки мы будем рассматривать как молекулярные растворы.

Сварочные шлаки осуществляют такие функции:

1)защита жидкого металла от непосредственного контакта с воздухом;

2)проведение в той или иной степени процессов раскисления, легирования и рафинирования металла;

3)улучшение теплового режима сварки путем снижения скорости охлаждения металла;

4)поддержание устойчивости процесса сварки;

5)обеспечение правильного формирования металла шва. Выполнение всех этих функций возможно только при определенных свойствах сварочных шлаков.

Свойства шлаков. Химические свой ст в а шлака в значительной мере определяются степенью кислотности или обратной ей величиной — степенью основности шлака.

Степенью кислотности п называют отношение сумм молекулярных процентов кислотных и основных оксидов данного шлака:

^ ,_ 2и /Окислотных оксидов

основных оксидов