Материальный баланс сварки

При электродуговой сварке между расплавленным металлом, шлаком и газовой средой непрерывно происходят процессы интенсивного массообмена (химических реакций). Естественно, что результаты этих процессов самым существенным образом зависят от соотношения взаимодействующих масс.

В общем случае влияние взаимодействующих масс металла и флюса на концентрацию элемента в металле шва может быть найдено из уравнения материального баланса элемента Э до и после сварки:

где - масса электродного металла, основного металла, флюса, металла шва и шлака соответственно, участвующих в сварочном процессе.

[Э]э. м., [Э]о. м., (Э)ф., [Э]шв, (Э)шл — концентрация элемента (в долях или процентах) в электродном металле, в основном металле, во флюсе, в металле шва и в шлаке соответственно.

Учитывая, что

согласно закону Нернста L - константа распределения элемента между шлаком и металлом шва,
β - относительная масса взаимодействующего с металлом шлака,
примерное равенство массы флюса и массы шлака
γ - доля участия электродного и основного металлов в формировании шва,

окончательно получим

Наибольшие затруднения при расчетах химического состава металла шва вызывает недостаток надежных данных о значении L. В ряде случаев L можно найти через константу равновесия реакции или определить экспериментально.

Представляет интерес более подробно рассмотреть смысл и физическую сущность величины β. β — коэффициент эффективности массообмена оценивается отношением массы флюса, реально участвовавшего в массообмене, к массе расплавленного металла:

Величина m_ф значительно меньше массы расплавленного при сварке флюса. Дело в том, что только часть (иногда не более 10—15%) всего расплавившегося флюса или электродного покрытия участвует в массообмене с расплавленным металлом, тогда как большая его часть в контакт с металлом капель или сварочной ванны не вступает и, естественно, ни в каких металлургических процессах между металлом и шлаком не участвует.

Коэффициент эффективности массообмена β зависит от многих факторов: от физических свойств шлаковой основы флюса или покрытия – ее вязкости, плотности и т. п.; от гидродинамической обстановки в реакционной сварочной зоне. видео процесса сварки

Весьма важно отметить, что расчетные выражения для определения концентрации элементов в металле шва составлены в предположении, что взаимодействие между массами металла и шлака протекает до состояния термодинамического равновесия. Поскольку достижение состояния равновесия является гипотетическим, все расчеты носят прогнозный (оценочный) характер.

Назовите кислотные, основные и амфотерные окислы. Степенью кислотности и степень основности шлака.

Длинные и короткие шлаки, примеры. Какие шлаки (длинные или короткие) для сварки лучше.

Основные методы металлургической обработки металла шва и их назначение.

\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\

Окислительные процессы.

Оксиды металла могут быть растворимы или нерастворимы в жидком металле.

В первом случае они образуют растворы с повышенным содержанием кислорода, что резко ухудшает качество металла. Например, в железе растворяется закись железа FeO, в меди — Си₂0, в никеле —NiO, в титане — ТiО₂.

Удаление кислорода, связанного с металлом в виде химического соединения, из металла связано с большими трудностями. …

Оксиды, нерастворимые в металлах, образуют отдельную фазу и сравнительно легко удаляются в шлак, позволяя свести до минимума содержание кислорода в металле. …