30 20 10

о 0.05 0,10 0,15 0,20 % Содертние кис/юрода

Рис. 7-17. Влияние содержания кислорода на механиче-

ские свойства шва

металла

то 1500 im °с

Рис. 7-18. Изменение вязкости шлаков, образующихся при плавлении покрытий различных типов, в зависимости от температуры (А Гледхилл)

воздуха из окружающей атмосферы и повышению окисления металла (см. рис. 7-13).

Кислород в металле резко ухудшает его механические и технологические свойства (рис. 7-17). С повышением содержания кислорода снижаются временное сопротивление, предел текучести, ударная вязкость, ухудшаются ковкость, коррозионная стойкость, жаропрочность и другие свойства металла шва. Выделение азота и водорода, а также окиси углерода из сварочной ванны является в основном причиной образования пор (см § 6-4)

Получение плотных швов может быть достигнуто либо путем снижения содержания газов в сварочной ванне ниже предела растворимости при температуре кристаллизации (плавления), либо обеспечением процесса дегазации металла сварочной ванны до момента кристаллизации. Первый способ обеспечения плотных швов реализуется при сварке электродами с фтористо-кальциевым покрытием. Высокая температура прокалки, введение фторидов и карбонатов в покрытие, хорошее раскисление ванны обеспечивают низкое содержание водорода, азота и кислорода в металле шва.

При сварке электродами с рудно-кислым, рутиловым и органическим покрытиями сварочная ванна содержит большое количество газов (водорода, кислорода). Благодаря этому образование и выделение пузырьков газа (кипение ванны) происходит, когда металл находится в жидком состоянии и имеет малую вязкость. В этих условиях пузырьки свободно удаляются до момента кристаллизации металла и поры не образуются.

Взаимодействие металла со шлаком. При илавлении электродного покрытия образуется шлак. Сварочные шлаки характеризуются рядом свойств, к которым относят плотность, температурный интервал плавления, вязкость, поверхностное натяжение,

коэффициент линейного расширения и др. Свойства шлаКа определяются его химическим составом (табл. 7-15 и 7-16).

Для обеспечения необходимых технологических характеристик электрода, химического состава металла шва и его качества шлак должен удовлетворять определенным требованиям. Необходимо, чтобы шлак хорошо покрывал капли жидкого металла и сварочную ванну, что возможно лишь при хорошем смачивании металла шлаком. Смачиваемость зависит от поверхностного натяжения шлака и металла. Поверхностное натяжение сварочных шлаков и межфазное натяжение на границах шлак-металл и металл-газ оказывают значительное влияние на формирование швов и размеры капель электродного металла в дуговом промежутке.

Слой расплавленного шлака должен хорошо пропускать газы, выделяющиеся из сварочной ванны в процессе кристаллизации. При этом температурный интервал затвердевания шлака должен находиться ниже температуры кристаллизации металла.

Одним из важнейших технологических свойств электродов является возможность проведения сварки во всех пространственных положениях. Эта возможность в значительной степени зависит от вязкости шлака в расилавленном состоянии (рис. 7-18).

Шлаки с большим содержанием кремнезема (кривая /) являются длинными , возрастание вязкости их с понижением температуры происходит медленно. Большие значения вязкости этих шлаков обусловлены наличием крупных кремнекислородных анионов типа [SixOy]-, отличающихся малой подвижностью.

Шлаки покрытий фтористо-кальциевого типа содержат, как правило, малое количество кремнезема и являются короткими . Возрастание вязкости со снижением температуры у них происходит быстро. Количество и размеры кремнекислородных анионов в шлаках этого типа невелико, и они обладают значительно меньшей вязкостью (кривые 3 и 4), чем шлаки с высоким содержанием кремнезема. Для шлаков, основанных на рутиле (кривая 2), вязкость резко уменьшается при снижении температуры.

Таблица 7-15

Примерный состав шлака некоторых электродных покрытий, % по массе

Свойства шлаков электродов с различными покрытиями (по данным Окада и Фукая)

Электроды, покрытия которых при расплавлении дают длинные шлаки, пригодны в основном для сварки в нижнем положении. Электроды с короткими шлаками применяют при сварке во всех пространственных положениях. При небольшом снижении температуры вязкость короткого шлака резко возрастает и шлак препятствует отеканию металла, находящегося в жидком состоянии. Получение шлака необходимой вязкости достигается подбором различных составляющих покрытия. Лучшие электроды для сварки в вертикальном и потолочном положении имеют покрытия рутилового типа.

Хорошая отделимость шлаковой корки с поверхности металла шва достигается применением шлаков, коэффициент линейного расширения которых существенно отличается от коэффициента линейного расширения металла. Кроме того, для хорошей отделимости шлака весьма важно, чтобы он имел малую окислительную способность и не содержал в своем составе шпинелеобразую-щих окислов.