Металлургические процессы при проведении сварки

Металлургические процессы при сварке протекают в зоне формирования сварочной ванны. Металлургию сварки характеризуют определенные физические и химические реакции, которые определяются взаимодействием плавящегося сплава со сварочными спецфлюсами, формирующимися в результате сварки шлаками и газами. Дополнительно в процессе проведения сварки происходят реакции, связанные со снижением температуры расплавленного сплава и кристаллизацией металла сварочной ванны.

Сварка

Процесс плавления металла при скреплении деталей, с использованием специального инструмента, называется сваркой.

Физические и химические реакции, связанные с изменениями в металле, происходят на всех этапах осуществления дуговой электросварки. Основными этапами дуговой электросварки являются:

  • плавление электрода, используемого в процессе электросварки;
  • переход капель металла через электродуговой промежуток;
  • попадание сварочного металла в сварочную ванну.
Схема дуговой сварки

Схема дуговой сварки.

В отличие от реакций общей металлургии, которые протекают в сталеплавильных агрегатах, условия плавления металлической заготовки и протекания всех реакций при электродуговой сварке сильно отличаются целым комплексом особенностей. Эти особенности влияют на развитие плавления и на конечный результат. Основные особенности металлургических процессов при сварке следующие:

  • небольшой объем зоны плавления;
  • высокие температурные показатели и перегрев расплавленных компонентов в ванне;
  • перемещение расплавленного сплава, его перемешивание и обновление;
  • высокая скорость снижения температуры и кристаллизации компонентов, входящих в состав сварочной ванны.

При таких условиях происходит интенсивное взаимодействие между компонентами сплава.

Реакции, возникающие при проведении электродуговой сварки

Среди огромного количества реакций, которые протекают в процессе осуществления электросварочных работ, основными являются следующие:

Схемы движения электрода при ручной дуговой сварке

Схемы движения электрода при ручной дуговой сварке.

  • диссоциация образующихся газов и химсоединений;
  • окисление расплавленного металла;
  • раскисление компонентов сплава;
  • раскисление под действием марганца;
  • раскисление под воздействием кремния;
  • раскисление под влиянием титана;
  • раскисление под воздействием углерода;
  • взаимодействие с газообразным азотом;
  • химвзаимодействие с водородом;
  • взаимодействие с серой и фосфором.

Все эти химпроцессы, происходящие при сварке плавлением, в той или иной мере оказывают воздействие на качество сварного соединения.

Характеристика реакций при дуговой сварке

При диссоциации осуществляется распад сложных компонентов на отдельные атомы или составляющие части. Возникновению диссоциации способствует высокий температурный режим в зоне проведения сваривания и каталитическое действие металлического расплава. При проведении электродугового сваривания диссоциации подвергаются молекулы различных газов: кислорода, водорода и азота, дополнительно происходит распад углекислого газа, водяных паров и некоторых других.

В зависимости от условий проведения электродуговой сварки, получаемые при диссоциировании молекул водяного пара компоненты могут как восстанавливать, так и окислять компоненты сплава, присутствующие в сварочной ванне.

, присутствующий в составе флюса, также подвергается распаду. Получающийся свободный атом фтора связывает атомы водорода, препятствуя его растворению.

Принцип газовой сварки

Принцип газовой сварки.

Окисление металлических компонентов происходит под влиянием газов, которые в процессе сваривания переходят в атомарное состояние. В первую очередь на процесс окисления огромное влияние оказывает атомарный кислород, получаемый из молекулярного, входящего в состав атмосферы, окисление металла снижает его качество. Дополнительно окислять атомы металла могут пары воды, которые в результате диссоциации образуют атомарный кислород. Получаемая при окислении окись двухвалентного железа, растворяясь в расплаве, резко снижает его физсвойства. При проведении дугового сваривания окислению подвергаются практически все компоненты, входящие в сталь заготовки, подвергаемой обработке.

Применяемая при проведении работы защита не всегда позволяет избежать окисления, поэтому для улучшения качества шва проводят раскисление компонентов сплава. Раскисление представляет собой восстановительный процесс, при котором осуществляется восстановление железа, содержащегося в электросварочной ванне. Образуемый при раскислении кислород переводится в металле в нерастворимые химсоединения. В качестве спецраскислителей применяется марганец, кремний, титан, алюминий и углерод. Раскислители вводятся в зону сваривания через проволоку, покрытие электросварочных электродов и флюсы.

Взаимодействие с азотом в атомарном состоянии возникает в процессе распада молекулярного газа при попадании в электросварочную дугу. Это ведет к синтезу нитридов, ухудшающих качество.

Взаимодействие с серой и фосфором понижает качество электросварного шва в области сваривания.

Физико-химические реакции, происходящие при проведении газосварки

Металлургические процессы при газовой сварке полностью зависят от состава сплава, вводимых в расплав добавок и состава газового пламени.

Способы и режимы газовой сварки

Способы и режимы газовой сварки: А — ванночками- Б — по отборочным кромкам.

При проведении газовой сварки осуществляется взаимодействие расплавленных компонентов сплава, находящихся в сварочной ванне с пламенем газовой горелки. Реакции, происходящие при взаимодействии, полностью определяются физическими и химическими свойствами металлического расплава и составом пламени горелки. Сваривание осуществляется в восстановительном секторе факела, который состоит из оксида углерода и водорода. Различные компоненты по-разному реагируют с пламенем факела. Легче всего происходит окисление компонентов расплава, которые имеют большое сродство к кислороду. Окисление осуществляется за счет участия оксидов, входящих в состав основного металла и присадочной проволоки, дополнительно на скорость окисления оказывает влияние кислород атмосферного воздуха. При увеличении концентрации кислорода происходит снижение качества сварного шва и ухудшение его мехсвойств. Для снижения воздействия окислителей при проведении газосварочных работ в присадки вводятся специальные химсоединения - раскислители.

Раскислители представляют собой химвещества, имеющие большее сродство к кислороду, нежели компоненты основного расплава, из которого формируется электросварной шов. При проведении сваривания стали раскисляющим действием обладает углерод, оксид двухвалентного углерода и водород, которые образуются в процессе горения сварочного пламени. Это позволяет производить сваривание углеродистых сталей без использования присадочных флюсов.

Образуемый при проведении сваривания оксид двухвалентного углерода вызывает кипение расплава. Во время кипения происходит удаление нежелательных включений из расплава. При осуществлении кипения в момент кристаллизации образуются пузырьки, что снижает качество газосварки. Для уменьшения этого эффекта вводятся марганец и кремний.

https://youtube.com/embed/IShc6q5l_Qk&feature=youtu.be

Влияние химсостава газосварочного пламени на окислительно-восстановительные реакции

Состав газосварочного пламени оказывает огромное влияние на химические и физические процессы, происходящие в расплаве при проведении газосваривания. В составе нормального ацетиленокислородного пламени в средней его части, имеющей восстановительную среду, содержится 60% оксида двухвалентного углерода и по 20% молекулярного и атомарного водорода. Основным восстановителем железа является водород в атомарном состоянии. Образуемые при газосварке окислы кремния и марганца не проникают в жидкий металл, а всплывают на его поверхности, превращаясь в шлак. В жидком расплаве содержится большое количество разных оксидов, которые взаимодействуют между собой. Результатом таких взаимодействий является формирование химических соединений с низкой температурой плавки, что позволяет значительно легче удалить окислы из состава расплава газосварочной ванны. Окислы удаляются в виде разных шлаков.

https://youtube.com/embed/F94awVA0g2c#action=share

При проведении газосваривания латуни, меди или алюминия в зону сваривания вводятся разные добавки. Раскисление проводится углеродом, оксидом двухвалентного углерода и водородом. При проведении сварки пламя обеспечивает восстановление металла и защиту расплава от кислорода и азота атмосферы.

Metallurgical processes occur in the welding zone of formation of the weld pool. Welding metallurgy characterize certain physical and chemical reactions that are determined by the interaction of melting the alloy with welding spetsflyusami, emerging as a result of welding slag and gases. Further, in the process of welding, reactions associated with the reduction of the molten alloy and the crystallization temperature of the metal of the weld pool.

Welding

The melting process in the metal bonding parts using a special tool called welding.

Physical and chemical reactions associated with changes in metal, occur at all stages of the electric arc. The main stages of arc welding are:

  • melting electrodes used in electric welding process;
  • transition metal drops through the electric gap;
  • penetration of weld metal in the weld pool.
Driving arc welding

Scheme arc welding.

Unlike common metallurgical reactions which occur in steelmaking units, the melting conditions of metal billets and the flow of all reactions in arc welding by a very different set of features. These features influence the development of the melting and at the final result. The main features of the metallurgical processes under the following welding:

  • a small amount of a melting zone;
  • high temperature performance and overheating of components in the molten bath;
  • moving a molten alloy and stirring it updates;
  • high speed and reduce the crystallization temperature of the components in the composition of the weld pool.

Under these conditions, there is intense interaction between the components of the alloy.

The reactions occurring during arc welding

Among the huge number of reactions that occur in the process of electric welding are mainly the following:

Schemes electrode movement for manual arc welding

Schemes electrode movement for manual arc welding.

  • dissociation of gases and himsoedineny;
  • oxidation of the molten metal;
  • deoxidizing alloy components;
  • under the action of manganese deoxidation;
  • deoxidation of silicon under the influence;
  • deoxidation of titanium under the influence;
  • deoxidation under the influence of carbon;
  • interaction with nitrogen gas;
  • himvzaimodeystvie with hydrogen;
  • reacting the sulfur and phosphorus.

All these himprotsessy occurring during fusion welding, in one way or another affect the quality of the weld joint.

Characteristic reactions during arc welding

When the dissociation is carried disintegration of complex components into individual atoms or component parts. Occurrence of dissociation contributes to a high temperature in the zone of the weld and the catalytic effect of the metal melt. During the arc welding of various molecules undergo dissociation gases, oxygen, hydrogen and nitrogen further decomposes carbon dioxide, water vapor and some others.

Depending on the conditions of the arc welding obtained by dissociating the molecules of water vapor can both recover components and oxidize the alloy components present in the weld pool.

, present in the flux composition is also subjected to disintegration. The resulting free fluorine atom binds hydrogen atoms, preventing its dissolution.

The principle of gas welding

The principle of gas welding.

Oxidation of the metal components occurs under the influence of the gases which pass in atomic state during welding. Primarily for the oxidation process is greatly influenced by the atomic oxygen derived from the molecular constituting the atmosphere, oxidation of the metal reduces its quality. Additionally, the metal atoms can oxidize the water vapor that formed by dissociation of the atomic oxygen. Oxide obtained in the oxidation of divalent iron dissolved in the melt, it dramatically reduces fizsvoystva. During the arc welding are subjected to oxidation virtually all components included in the steel workpiece to be treated.

Applied during operation protection is not always possible to avoid oxidation, so to improve the quality of the weld is carried out deoxidation alloy components. Deoxidation is a recovery process, which is carried out at a reduction of iron contained in the electrofusion bath. Formed during deoxidation of oxygen in the metal transferred into insoluble himsoedineniya. As used spetsraskisliteley manganese, silicon, titanium, aluminum and carbon. Deoxidizer introduced into the welding zone through a wire coating electric welding electrodes and fluxes.

Interaction with the nitrogen in the atomic state occurs during the decay of molecular gas when released into the Electric welding arc. This leads to the synthesis of nitrides, degrade the quality.

Interaction with sulfur and phosphorus lowers the quality of electric-weld in welding.

Physico-chemical reactions that occur during gas welding

Metallurgical processes gas welding are entirely dependent on the alloy composition, added to the melt additives and the composition of the gas flame.

The methods and modes of gas welding

The methods and modes of gas welding: A - B vannochkami- - by qualifying edges.

When conducting gas welding the interaction of the molten alloy components in the molten pool with the flame of a gas burner. The reactions occurring in the interaction, completely determined by the physical and chemical properties of the metal melt and the composition of the flame. Welding is carried out in the reducing flame sector, which is composed of carbon monoxide and hydrogen. The various components react differently with a torch flame. Easiest oxidation of melt components that have a high affinity for oxygen. The oxidation is carried out by the participation of oxides comprising the parent metal and filler wire, to further influence the rate of oxidation air oxygen. By increasing the oxygen concentration of a reduction in the quality of the weld and the deterioration of its mehsvoystv. scavengers - To reduce the effects of oxidants during gas welding works in the special additive himsoedineniya entered.

Scavengers are depleting chemicals are present, having a greater affinity for oxygen than the main components of the melt from which the shaped electrofusion joint. During the welding steel deoxidizing action has carbon, divalent carbon monoxide and hydrogen, which are formed during the combustion flame welding. This allows welding of carbon steels without filler flux.

Formed during the welding divalent carbon monoxide causes the melt to boil. Boiling occurs while removing unwanted inclusions from the melt. In carrying out the boiling bubbles that are formed reducing gas welding quality at the time of crystallization. Manganese and silicon are introduced to reduce this effect.

https://youtube.com/embed/IShc6q5l_Qkfeature=youtu.be

Influence of the chemical composition of the gas-welding flame on the redox reaction

The composition of the gas-welding flame has a huge impact on the chemical and physical processes occurring in the melt during gazosvarivaniya. As part of the normal oxyacetylene flame in its central portion having a reducing environment, it contains 60% carbon and ferrous oxide and 20% of the molecular and atomic hydrogen. The main iron reductant is hydrogen in the atomic state. Formed during gas welding of manganese and silicon oxides do not penetrate into the molten metal and rise to the surface, turning in the slag. The molten liquid contains a large amount of different oxides, which react with each other. The result of such interaction is the formation of chemical compounds with a low melting point, significantly easier to remove oxides from the gas-welding of the molten bath. Oxides are removed in the form of various impurities.

https://youtube.com/embed/F94awVA0g2c#action=share

When conducting gazosvarivaniya brass, copper or aluminum in the weld zone are introduced various additives. Deoxidation is carried out with carbon, carbon monoxide and hydrogen divalent. When carrying out welding provides flame protection and reduction of the metal melt by the oxygen and nitrogen atmosphere.

Металургійні процеси при зварюванні протікають в зоні формування зварювальної ванни. Металургію зварювання характеризують певні фізичні і хімічні реакції, які визначаються взаємодією плавиться сплаву зі зварювальними спецфлюсамі, що формуються в результаті зварювання шлаками і газами. Додатково в процесі проведення зварювання відбуваються реакції, пов'язані зі зниженням температури розплавленого металу і кристалізацією металу зварювальної ванни.

зварювання

Процес плавлення металу при скріпленні деталей, з використанням спеціального інструменту, називається зварюванням.

Фізичні та хімічні реакції, пов'язані зі змінами в металі, відбуваються на всіх етапах здійснення дугового електрозварювання. Основними етапами дугового електрозварювання є:

  • плавлення електрода, що використовується в процесі електрозварювання;
  • перехід крапель металу через електродугової проміжок;
  • попадання зварювального металу в зварювальну ванну.
Схема дугового зварювання

Схема дугового зварювання.

На відміну від реакцій загальної металургії, які протікають в сталеплавильних агрегатах, умови плавлення металевої заготовки і протікання всіх реакцій при зварці сильно відрізняються цілим комплексом особливостей. Ці особливості впливають на розвиток плавлення і на кінцевий результат. Основні особливості металургійних процесів при зварюванні наступні:

  • невеликий обсяг зони плавлення;
  • високі температурні показники і перегрів розплавлених компонентів у ванні;
  • переміщення розплавленого металу, його перемішування і оновлення;
  • висока швидкість зниження температури і кристалізації компонентів, що входять до складу зварювальної ванни.

При таких умовах відбувається інтенсивна взаємодія між компонентами сплаву.

Реакції, що виникають при проведенні зварки

Серед величезної кількості реакцій, які протікають в процесі здійснення електрозварювальних робіт, основними є наступні:

Схеми руху електрода при ручного дугового зварювання

Схеми руху електрода при ручного дугового зварювання.

  • дисоціація газів, що утворюються і хімсоедіненій;
  • окислення розплавленого металу;
  • розкислення компонентів сплаву;
  • розкислення під дією марганцю;
  • розкислення під впливом кремнію;
  • розкислення під впливом титану;
  • розкислення під впливом вуглецю;
  • взаємодія з газоподібним азотом;
  • хімвзаімодействіе з воднем;
  • взаємодія з сіркою і фосфором.

Всі ці хімпроцесси, що відбуваються при зварюванні плавленням, в тій чи іншій мірі впливають на якість зварного з'єднання.

Характеристика реакцій при дугового зварювання

При дисоціації здійснюється розпад складних компонентів на окремі атоми або складові частини. Виникненню дисоціації сприяє високий температурний режим в зоні проведення зварювання і каталітична дія металевого розплаву. При проведенні дугового зварювання дисоціації піддаються молекули різних газів: кисню, водню і азоту, додатково відбувається розпад вуглекислого газу, водяної пари і деяких інших.

Залежно від умов проведення зварки, одержувані при діссоціірованіі молекул водяної пари компоненти можуть як відновлювати, так і окисляти компоненти сплаву, присутні в зварювальної ванні.

, присутній в складі флюсу, також піддається розпаду. Добутий вільний атом фтору пов'язує атоми водню, перешкоджаючи його розчинення.

Принцип газового зварювання

Принцип газового зварювання.

Окислення металевих компонентів відбувається під впливом газів, які в процесі зварювання переходять в атомарний стан. В першу чергу на процес окислення величезний вплив справляє атомарний кисень, що отримується з молекулярного, що входить до складу атмосфери, окислення металу знижує його якість. Додатково окисляти атоми металу можуть пари води, які в результаті дисоціації утворюють атомарний кисень. Отримана при окисленні окис двовалентного заліза, розчиняючись в розплаві, різко знижує його фізсвойства. При проведенні дугового зварювання окисленню піддаються практично всі компоненти, що входять до сталь заготовки, що піддається обробці.

Застосовувана при проведенні роботи захист не завжди дозволяє уникнути окислення, тому для поліпшення якості шва проводять розкислення компонентів сплаву. Розкислення є відновний процес, при якому здійснюється відновлення заліза, що міститься в електрозварювальної ванні. Утворений при раскислении кисень перекладається в металі в нерозчинні хімсоедіненія. Як спецраскіслітелей застосовується марганець, кремній, титан, алюміній і вуглець. Раскислители вводяться в зону зварювання через дріт, покриття електрозварювальних електродів і флюси.

Взаємодія з азотом в атомарному стані виникає в процесі розпаду молекулярного газу при попаданні в електрозварювальну дугу. Це веде до синтезу нітридів, що погіршують якість.

Взаємодія з сіркою і фосфором знижує якість електрозварні шва в області зварювання.

Фізико-хімічні реакції, що відбуваються при проведенні газозварювання

Металургійні процеси при газовому зварюванні повністю залежать від складу сплаву, що вводяться в розплав добавок і складу газового полум'я.

Способи і режими газового зварювання

Способи і режими газового зварювання: А - ванночкамі- Б - по відбірковим крайках.

При проведенні газового зварювання здійснюється взаємодія розплавлених компонентів сплаву, що знаходяться в зварювальної ванні з полум'ям газового пальника. Реакції, що відбуваються при взаємодії, повністю визначаються фізичними і хімічними властивостями металевого розплаву і складом полум'я пальника. Зварювання здійснюється у відновному секторі факела, який складається з оксиду вуглецю і водню. Різні компоненти по-різному реагують з полум'ям факела. Найлегше відбувається окислення компонентів розплаву, які мають велику спорідненість до кисню. Окислення здійснюється за рахунок участі оксидів, що входять до складу основного металу і присадного дроту, додатково на швидкість окислення впливає кисень атмосферного повітря. При збільшенні концентрації кисню відбувається зниження якості зварного шва і погіршення його мехсвойств. Для зниження впливу окислювачів при проведенні газозварювальних робіт в присадки вводяться спеціальні хімсоедіненія - раскислители.

Раскислители є хімречовини, що мають більшу спорідненість до кисню, ніж компоненти основного розплаву, з якого формується електрозварні шов. При проведенні зварювання стали раскисляют дію має вуглець, оксид двовалентного вуглецю і водень, які утворюються в процесі горіння зварювального полум'я. Це дозволяє виробляти зварювання вуглецевих сталей без використання присадних флюсів.

Утворений при проведенні зварювання оксид двовалентного вуглецю викликає кипіння розплаву. Під час кипіння відбувається видалення небажаних включень з розплаву. При здійсненні кипіння в момент кристалізації утворюються бульбашки, що знижує якість газосварки. Для зменшення цього ефекту вводяться марганець і кремній.

https://youtube.com/embed/IShc6q5l_Qkfeature=youtu.be

Вплив хімскладу газозварювального полум'я на окислювально-відновні реакції

Склад газозварювального полум'я має великий вплив на хімічні і фізичні процеси, що відбуваються в розплаві при проведенні газозварювальну. У складі нормального ацетіленокіслородного полум'я в середньої його частини, яка має відновлювальну середу, міститься 60% оксиду двовалентного вуглецю і по 20% молекулярного і атомарного водню. Основним відновником заліза є водень в атомарному стані. Утворені при газозварювання оксиди кремнію і марганцю не проникають в рідкий метал, а спливають на його поверхні, перетворюючись в шлак. У рідкому розплаві міститься велика кількість різних оксидів, які взаємодіють між собою. Результатом таких взаємодій є формування хімічних сполук з низькою температурою плавлення, що дозволяє значно легше видалити оксиди зі складу розплаву газозварювальної ванни. Оксиди видаляються у вигляді різних шлаків.

https://youtube.com/embed/F94awVA0g2c#action=share

При проведенні газозварювальну латуні, міді або алюмінію в зону зварювання вводяться різні добавки. Розкислення проводиться вуглецем, оксидом двовалентного вуглецю і воднем. При проведенні зварювання полум'я забезпечує відновлення металу і захист розплаву від кисню та азоту атмосфери.


» » » Металлургические процессы при проведении сварки