Взаимодействие металла с водородом при сварке электродами с рутиловым покрытием.

(Часть 2 )  

С увеличением тока содержание водорода в металле наплавки растет, что вызвано, по-видимому, повышением температуры дуги и капель электродного металла [5 – 8]. При этом возрастает степень диссоциации водорода и паров воды в дуге [9] и растворимость водорода в железе. По данным [10], максимальная растворимость водорода в жидком железе наблюдается при 2450-2500^оС. До таких температур нагреваются капли металла при сварке электродами АНО-4 на плотности тока 15-18 А/мм² [8]. С увеличением тока должна также повышаться температура шлака, обволакивающего каплю металла на торце электрода. Вязкость шлака при этом снижается и растет его водородопроницаемость [11]. При неизменном токе содержание водорода выше в металле, наплавленном электродами меньшего диаметра, что также связано с более высокими температурой капель и растворимостью водорода на большой плотности тока.

            Предположение о роли температуры подтверждается зависимостью содержания водорода в металле наплавки от плотности тока (рис.2). С ростом последней повышается температура дуги, а также температура капель электродного металла [7-8]. Как видно из рис.2, большой плотности тока соответствует повышенная концентрация водорода в металле наплавки. Содержание водорода в металле, наплавленном электродами разного диаметра на одинаковой плотности тока, практически одинаково. Суммарная концентрация водорода в металле наплавки значительно выше равновесной при PH₂  = 1 атм и температуре плавления железа, однако не превышает значений максимальной растворимости водорода при 2400-2500^оС. Это свидетельствует о том, что при больших скоростях охлаждения и кристаллизации металла сварочной ванны процесс выделения водорода затормаживается.

Рис.2

            По мере увеличения тока растет содержание кислорода в металле, наплавленном электродами всех исследованных диаметров (рис.3). Растворимость кислорода в жидкой стали, как известно, тем больше, чем выше температура. Снижение темпа роста содержания водорода в металле наплавки с увеличением плотности тока можно объяснить уменьшением его растворимости вследствие более интенсивного окисления металла, а также нагревом капель металла на торце электрода до температуры, превышающей температуру максимальной растворимости водорода в жидкой стали. Перегрев капель вызывает интенсивное испарение железа и снижение парциального давления водорода у реакционной границы газ-металл. Определенное влияние могут оказывать уменьшение времени взаимодействия капель металла с окружающей средой при повышении тока [12] и большие потери водорода вследствие выделения его из ванны при кристаллизации.

Рис.3

Опыты по изучению влияния напряжения на дуге на содержание водорода в наплавленном металле проводились при сварке электродами АНО-4 и МР-3 Ø 5 мм на постоянном токе прямой и обратной полярности. Величина тока и скорость сварки выдерживались неизменными и составляли  I_св = 250 А; υ_св = 14,5 м/ч. Напряжение регулировалось путем изменения длины дуги. Зависимость содержания водорода в металле наплавки от напряжения на дуге имеет вид кривой с максимумом (рис.4). Некоторый рост содержания водорода при удлинении дуги может быть вызван увеличением времени взаимодействия капель на торце электрода [12]. Дальнейшее удлинение дуги приводит к подсосу воздуха из окружающей атмосферы, снижению парциального давления водорода в реакционной зоне и повышенному окислению металла. В результате уменьшается поглощение водорода расплавленным металлом.

( часть1 - часть2 - часть3 - часть4 - часть5 )