Закономерности плавления металла определяют важные параметры металлургического процесса сварки: время взаимодействия металла с газами и шлаком, поверхность и условия контакта между ними, а также в известной степени тепловую обстановку в зоне взаимодействия и особенности затвердевания металла и формирования шва.

Плавление электродного металла. При сварке плавящимся электродом особенно велико влияние плавления электродного металла. Это положение достаточно развито в работах отечественных ученых [15, 30, 32 и др.]. Плавление электрода носит капельный характер, с чем связана большая удельная поверхность металла, способствующая интенсивному протеканию металлургических реакций.

Переносом металла можно управлять с помощью наложения импульсов тока. Этот принцип управления развит в работах Б. Е. Патона, А. Г. Потапьевского [30] и других исследователей.

Время перехода т не характеризует однозначно время взаимодействия расплавленного металла с окружающей средой, так как часть металла, остающаяся на электроде, продолжает участвовать в реакциях после отделения капли.

Усредненное по объему жидкого металла время взаимодействия на стадии капли [15, 32]

 

рис

 

 

где mo и mа — масса жидкого металла, остающегося на торце после отрыва капли, и масса переходящей в ванну капли.

Среднюю скорость плавления электрода можно упрощенно представить в достаточно широком диапазоне режимов (когда вклад тепла, создаваемого проходящим по электроду током, невелик) выражением g=аpI (где ар —

коэффициент плавления электрода) установленным В. П. Вологдиным [6] или 1—0 электродного металла в шве еще в 1932 г.      Очевидно, что

За рубежом долгое время относили скорость плавления не к силе тока, а к

мощности, что в большинстве случаев неправильно, так как изменение длины зоны металла шва не сказывается на плавлении электро- пользуются максимальным временем да. Лишь в 1967 г. Международный институт сварки принял отечественную методику оценки скорости плавления электрода.

Наконец, широко применяется легирование металла через покрытия, флюсы и т. п. Протекающие при этом реакции определяют эффективность легирования (коэффициенты перехода легирующих элементов) и свойства металла шва.

Изучение металлургии сварки началось в 30-х годах и связи с задачами разработки и совершенствования покрытых электродов и флюсов. На первых шагах пытались перенести на сварку общие закономерности сталеплавильных процессов (И. Д. Давыденко, Е. М. Кузмак и др.), по в дальнейшем получили развитие представления, учитывающие специфические особенности сварочного процесса.

Основной вклад в создание металлургических основ сварки внесли

А.      А. Алов [1, 2], К. В. Любавский [19—21], В. И. Дятлов [11], И. И.Фру- мин [41, 42], Б. И. Медовар [22], И. К. Походня [31—33], В. В. Подгаец- кий [29], А. А. Ерохин [13—15], Г. Л. Петров [26, 27], Г. Д. Никифоров [24].

Особенностями металлургического процесса сварки являются прежде всего:

1)      акцент на изоляцию металла от воздуха, поскольку переплавляется качественный металл, а скорости реакций взаимодействия с воздухом велики вследствие капельного характера плавления металла, высокой температуры, большой удельной поверхности и активации газовых частиц в дуговой плазме;

2)      малые размеры плавильной области, высокая концентрация энергии в ней, большие градиенты температуры и существенно различные физико-химические условия протекания реакций на отдельных участках этой области;

3) решающая роль кинетики реакций, так как состояние равновесия обычно не достигается.

Сварочный процесс по своему характеру ближе к непрерывным (или полунепрерывным) металлургическим процессам типа рафинирующего переплава. Недаром два переплавных процесса (электрошлаковый и плазменно-дуговой переплавы) родились на основе сварочной техники.

Защита (изоляция) от воздуха расплавленного металла. При сварке покрытыми электродами изоляция металла от воздуха осуществляется газами и шлаком, образующимися при плавлении электрода. Высказывается мнение о решающей роли газов и паров (В. В. Баженов [4]). Однако шлак имеет также важное значение в защите металла от воздуха. Доводы, обосновывающие это положение, приводятся в работах [15, 32].

Порошковая проволока обычного сечения в сравнении с электродами при одинаковом составе и массе шихтовых материалов обладает несколько худшим изолирующим действием вследствие периферийного по отношению к шихте расположения металла. При сварке под флюсом степень защиты металла слоем флюса зависит от его пористости (газопроницаемости) и от количества адсорбированных зернами флюса газов. Так, уменьшение объемной массы флюса с 1200 до 550 кг/м3 привело к увеличению содержания азота в металле шва с 0,002 до 0,009% (Б. И. Лазарев).

При электрошлаковой сварке расплавленный металл изолирован от воздуха относительно плотным слоем жидкого шлака. Однако в этом процессе шлак контактирует с атмосферой обычно длительное время и может явиться переносчиком газов из воздуха к металлу.

Электронно-лучевая сварка ведется в вакууме порядка 0,0133 Па. Парциальное давление кислорода в камере при этом порядка 10~5 кПа может оказаться достаточным для окисления элементов с высоким сродством к кислороду. , То же и при сварке в инертном газе. Даже если исключить возможность диффузии или подсоса воздуха в газовую струю и зону сварки, нужно учитывать наличие в инертном газе примесей кислорода, азота, влаги.

Проблема защиты существует и при Лазерной сварке. Если при очень малых размерах ванны и временах взаимодействии реакции не успевают пройти столь далеко, чтобы заметно сказаться на свойствах соединения, то с увеличением времени импульса и поверхности ванны (например, с увеличением толщины свариваемого материала) возникает необходимость защиты металла от воздуха.

Основные стадии (зоны) протекания реакции. В общем случае при сварке плавящимся электродом можно выделить следующие стадии, или зоны, с различными физико-химическими условиями: капля на торце электрода,

капля в процессе переноса с электрода в ванну, головная часть ванны, куда поступают расплавляемые основной и электродный металлы, и хвостовая часть ванны, где идет охлаждение и I затвердевание металла.

Время переноса капли весьма мало в сравнении с временем ее пребывания на электроде, и этой стадией в

большинстве случаев можно пренебречь. Разграничить же протекание реакций в головной и хвостовой части ванны трудно ввиду интенсивного перемешивания металла в ванне. Поэтому при анализе сварочного процесса резко ограничиваются рассмотрением  двух основных стадий: стадии капли и стадии ванны, которые можно приблезительно моделировать, осуществляя безванный и бескапельный процессы [45].

К перечисленным стадиям нужно добавить еще стадию взаимодействия шихтовых материалов между собой в твердом состоянии (до их расплавления), например, взаимодействия металлических присадок с мрамором и другими окислителями при нагреве покрытия [15, 32].

На стадии капли удельная поверхность металла велика, время пребывания металла в жидком состоянии относительно мало. В концентрационном отношении система на стадии капли наиболее удалена от равновесия. Средняя температура капель металла при дуговой сварке стальными электродами, определенная калориметрированием и другими способами, составляет 1900— 2500° С. Большие температуры соответствуют большей силе тока. Распределение температуры по высоте капли при дуговой сварке характеризуется узким участком резкого подъема температуры у границы твердого металла п небольшим повышением ее с приближением к поверхности, на которую воздействует дуга [32]. На стадии ванны удельная поверхность меньше, а время взаимодействия больше, чем на стадии капли. Конвективные потоки в ванне способствуют перемешиванию металла и выравниванию его состава по длине. Состояние ванны в физико-химическом отношении (также в тепловом и геометрическом) можно рассматривать как квазистационарное. Средняя температура ванны при сварке под флюсом низкоуглеродистой стали составляет 1700—1800°С [42]. Однако в головной ее части средняя температура составляет около 2000° С. Распределение температуры характеризуется значительным снижением ее у краев и в хвостовой части ванны.

Различие в физико-химических условиях па стадиях капли и ванны было обнаружено еще в исследованиях И. А. Липецкого [18], Г. Л. Петрова [26]. Было показано, что возможно даже изменение направления реакции при переходе с одной стадии на другую; так, например, окисление марганца в каплях может смениться его восстановлением из шлака в ванне (Т. Н. Дубова [10]). Роль отдельных стадий в процессе взаимодействия различна и зависит от условий сварки. Нередко высказываете предположение о том, что реакции окисления завершаются на стадии капля, справедливо лишь в случае сильно выраженных окислительных условий процесса.

Окисление металла газами и шлаком. Взаимодействие металла с кислородом имеет место либо вследствие недостаточной изоляции (защиты) металла от воздуха, либо в результате реакций с различными компонентами сварочных материалов (покрытий, флюсов, защитных газов) [15, 19, 32, 42]. Примером окислительных реакций может служить окисление углекислым газом [25], который применяется в качестве защитного газа ИЛИ образуется в результате термического разложения карбонатов, входящих в состав покрытий и керамических флюсов. Наряду с газовой фазой окислительное действие оказывает шлак. Сильными окислителями являются, например, окислы железа; опыты показывают прямую зависимость между содержанием  в шлаке и кислорода в металле. При сварке легированных сталей и сплавов, содержащих элементы с высоким сродством к кислороду, окислителями являются и такие соединения, как МпО, ВЮ2, Сг203 и т. п. Поэто- тому флюсы, содержащие в большом количестве силикаты и окислы марганца, не рекомендуются для сварки легированного металла.

Обменные реакции между металлом и шлаком в зависимости от состава металла и шлака (а также условий процесса) могут протекать как в сторону окисления металла, так и в сторону восстановления его из окисла [10, 15, 19, 42].

Реакции восстановления кремния и марганца. Типичным примером может служить сварка под флюсами, содержащими 8Ю2 И МпО. При сварке низкоуглеродистой стали для получения металла шва без пор и горячих трещин необходимо повышенное содержание в нем кремния и марганца (марганец повышает стойкость против горячих

трещин за счет высокого отношения Мп8/Ре8 в сульфидной фазе) [19,42]. Первоначально легирование шва- марганцем и кремнием велось с помощью специальной кремнемарганцевой проволоки под флюсом АН-1, содержащим 37% 8Юг и 16% МпО. В дальнейшем по ряду причин получила применение проволока Св-08 из кипящей стали, а необходимое содержание марганца и кремния обеспечивается восстановлением их из высокомарганцовистого (до 47% МпО) флюса (ОСЦ-45, АН348А и т. п.) [19, 42].

Одновременно с переходом кремния и марганца в шов происходит увеличение РеО в шлаке. Со снижением температуры в хвостовой части ванны реакция меняет направление, что приводит к образованию силикатных включений и повышению в металле шва кислорода. Этому способствует и частичный переход РеО из шлака в металл. Недоучет этого вызвал в свое время возражения Н. Н. Доброхотова [9] по поводу утверждения К. В. Лю-, бавского о возможности окисления металла шва в результате кремневосстановительного процесса.

Продукты окисления, выделяясь в виде разного рода неметаллических включений, ухудшают механические свойства металла. Так, при сварке под флюсом с высоким содержанием 8Юг и МпО развитие кремне- и марганцевосстановительного процесса и увеличение- в металле кислорода приводит к снижению ударной вязкости [19]:

 

Рис.

 

Растворенный в металле кислород: также неблагоприятно сказывается на пластичности и прочности металла [21].

Абсорбция азота и водорода. Сварщики давно заметили, что содержание- азота в шве при сварке открытой дугой может значительно превышать его максимальную растворимость в металле, определенную в аналогичных температурных п концентрационных условиях при без дуговом нагреве. Замечено также, что поглощению азота благоприятствует наличие в атмосфере дуги кислорода. Так, количество абсорбированного азота оказывается большим при сварке на воздухе, чем при сварке в среде чистого азота. Это явление одним из первых объяснил К. П. Вощанов, приписав его образованию в дуге окислов азота, легко передающих азот металлу [7].

Поглощение азота приводит к образованию в металле шва нитридов и к его охрупчиванию, а также к образованию лор [21].

Водород поглощается металлом непосредственно из газовой фазы путем его растворения в расплаве или, чаще, в результате взаимодействия металла с влагой (парами воды) или водородсодержащими газами, образующимися при термическом разложении органических материалов.

Поглощение водорода при сварке приводит к образованию в шве различных дефектов — пор, холодных трещин, сварочных флокенов. Интенсивному поглощению азота и водорода при сварке способствует активация газов в дуге.

В.      И. Дятлов [И] сделал попытку описать все изменения в составе металла и шлака (флюса) как результат реакций в столбе дуги между парами компонентов конденсированных фаз. Однако эта точка зрения не получила признания, поскольку специфику обменных реакций между металлом и шлаком нельзя свести к газовым реакциям хотя бы в силу особенностей массообмена.

Реакции серы и фосфора. Сварочные материалы наряду с окислителями и водородсодержащими веществами содержат и другие компоненты (например, серу, фосфор), переход которых в металл шва нежелателен. Сера и фосфор являются примесями шихтовых материалов и попадают с ними во флюсы и покрытия, если не применяются специальные меры для их обессеривания и обесфосфоривания.

Из металлургии стали известно, что уменьшению перехода серы в шов способствуют повышение основности шлака (содержания в нем СаО) и увеличение в металле концентрации марганца, что объясняют образованием менее растворимого в стали сульфида марганца. Поэтому сильно основные безокислительные флюсы и покрытия позволяют осуществлять обессеривание ванны и получать в шве меньшее содержание серы, чем в проволоке [21, 42].

В отличие от серы фосфор может переходить в шлак лишь в сильно окислительных условиях, что при сварке обычно недопустимо. В связи с этим большое значение имеет чистота металла и особенно шихтовых материалов по фосфору. Поэтому, например, при сварке под высокомарганцовистыми флюсами можно ожидать повышенное содержание фосфора в шве, который вносится во флюс с марганцевой рудой, а из флюса переходит в шов [21].

Важное значение имеет также чистота по вредным примесям (кислороду, сере, фосфору и др.) электродного и основного металла. В ответственных случаях рекомендуется применять металл электрошлакового, вакуумного или плазменного переплава.

Термодинамика реакций при сварке. Важным этапом в развитии металлургических основ сварки явилось применение термодинамического анализа, с помощью которого были исследованы | условия и вероятное направление протекания основных реакций при сварке | покрытыми электродами и под флюсом. Результаты исследований были обобщены в известных работах А. А. Алова Ц], К. В. Любавского [19, 21], И. И. Фрумнна [42] и других.

 

 

Рис. 3.1. Равновесие реакции марганца при сварке под флюсом

1 — исходная; г. — фактическая; а — равновесная концентрация марганца; кружки — по данным К. В. Любавского; точки — по данным И. И. Фру-мина

Рис. 3.2. Схема хода реакции в сварочной ванне

Рассматривая равновесие металл — шлак, необходимо подчеркнуть зависимость равновесных концентраций от относительной массы шлака. Последняя при сварке может меняться в широких пределах, например, относительная масса флюса, участвующего во взаимодействии с металлом, может увеличиться с удлинением дуги в несколько раз.

Эта зависимость описывается выражением [15]

Рис.

 

где Со и Со — исходные концентрации элемента в металлической и шлаковой фазах соответственно; х — относительная масса шлака; Ь — коэффициент распределения элемента между шлаком и металлом. Равновесие металл — газ. К этому случаю в полной мере относится все сказанное выше об условности термодинамических расчетов при сварке. Однако здесь нужно учитывать дополнительные трудности, связанные с активацией газовых частиц в плазме. Так, известно, что абсорбция азота при дуговом плавлении металла превышает равновесные значения, установленные для бездугового, папример индукционного, плавления. Так, при обработке аргоно-азотной плазмы неподвижной стальной ванны, образованной в медной форме, наблюдается «сверхравновесное» поглощение азота (рис. 3.3), причем абсорбция его следует правилу Сивертсалишь при малых парциальных давлениях [17]. Горизонтальный участок на кривых объясняют установлением некоторого стационарного состояния, когда

скорость поступления газа в расплав равна скорости его выделения в резуль-

тате пузырькового кипения. Механизм сверх равновесного поглощения азота

еще дискутируется. Одни объясняют его тем, что с металлом взаимодействуют не только молекулы, но и атомы, образовавшиеся в результате диссоциации последнего в дуге (А. Я. Стомахин),: другие полагают, что газ, проходя по-

граничный слой, успевает молизоваться и с металлом взаимодействуют возбужденные молекулы азота, сохранившие избыточную энергию колебательных уровней. Наличие избыточной энергии облегчает разрыв межатомных связей и хемосорбцию азота (В. И. Лакомский [17]).

Дискутируется также вопрос о влиянии электрического тока на поглощение азота при сварке. Сравнивая содержание азота в каплях электродного металла при сварке на прямой и обратной

полярности, Г. М. Григоренко и В. И. Лакомский [8] пришли к выводу о наличии так называемого электрического поглощения азота на катоде. Однако вывод этот нельзя признать достаточно обоснованным, так как не учитывалось влияние полярности на температуру металла, скорость плавления электрода, массу капель, поведение активного пятна дуги на электроде и др. Оценивая роль этих факторов, И. К. Походня нашел, что электрическое поглощение («вбивание» ионов азота в металл) на режимах дуговой сварки незначительно. Он показал важную роль в поглощении азота и водорода температурных условий на электроде и в ванне, различных при разной полярности [32].

Кинетика реакций при сварке. Химические реакции при сварке обычно не доходят до состояния равновесия (см. рис. 1). Поэтому конечный состав металла шва определяется скоростью реакции и временем взаимодействия.

Большинство реакций при сварке относится к гетерогенным реакциям, протекающим между веществами, находящимися в разных фазах. Скорость их лимитируется обычно стадией массопереноса и описывается уравнением первого порядка.

Необходимость учета кинетики сварочных реакций при оценке их результатов возникла в связи с объяснением окислительного действия кремневосстановительного процесса [20, 40]. Количественный анализ кинетики металлургических реакций при сварке впервые был дан в монографии [13] и развит затем в работе [15].

В общем виде кинетическое уравнение для реакций в ванне при сварке неплавящимся электродом имеет вид [15]

 

 

 

где Со, Ср и х — исходная, равновесная и текущая концентрации; gо и  gр — массовые скорости плавления и затвердевания металла; р, V, Р — плотность

металла, объем и поверхность ванны; (I — коэффициент массопереноса.

Если известен закон изменения объема ванны со временем, решение этого уравнения позволяет описать кинетику реакции в переходном периоде (в процессе формирования ванны). Однако наибольший практический интерес предал ставляет квазистационарное состояние ванны (7=сопз1, #о=#кр, Ах/6,1=0), для которого #о=Со+Рр^(Ср—Си) —&’#оС,=0, где св — концентрация реагента в ванне в квазистационарном состоянии, а к’= =Ств/с, — коэффициент, учитывающий неодинаковую растворимость газа в жидком (с,) и твердом (сп) металле.

РИС. 3.3. Зависимость содержания азота в металле от< парциального давления азота в же* лезе

1 — плазменно-дуговое; 2 — индукционное (при 1800е С) плавление

Откуда

св =

СоЯо-г рр/ср

к’Во + РР*

(3)

Заметим, что равновесная концентрация ср должна браться для обменных реакций металл — шлак с учетом относительной массы шлака [15].

При определении поверхности взаимодействия необходимо учитывать, что в большинстве случаев реакции идут лишь на части поверхности ванны. Так, при взаимодействии с газом под дугой может идти абсорбция газа, а па периферии — его десорбция, а при взаимо

 

 

Раздел I. Теоретические основы сварки, прочности и проектирования

депий о значениях Р, ср, Р и их зависимости от режима сварки. Влияние на

полноту протекания реакций режима сварки можно иллюстрировать следуюдействии со шлаком нужно учитывать, что шлак оттесняется дугой с части поверхности ванны. При расчете реакций на стадии капали нужно иметь в виду дискретный (капельный) характер плавления электрода, наличие остающегося на электроне жидкого металла, продолжающего

|Рис. ЗА. Зависимость содержания кремния в наплавленном металле от силы тока инапряжения (длины) дуги при кремневосстапопительпом процессе  — 120 А; г — 230 А

участвовать в реакциях после отрыва капли, и отсутствие затвердевания металла.

Анализ процесса с учетом этих моментов [15] показал, что концентрация элемента в отделяющихся с электрода каплях быстро достигает постоянной величины и может быть представлена экспопенциальпой функцией от скорости плавления электрода #э и параметра характеризующего      поток вещества на электрод (или с электрода, в зависимости от направления реакции).

Полнота протекания реакций при сварке плавящимся электродом может быть рассчитала по формуле (3), в которой в этом случае скорость плавления должна представлять сумму скоростей плавления основного и электродного металла, а величина, характеризующая поступление элемента в ванну, должна включать его поступление с электродным и основным металлом. Однако такой расчет затруднителен ввиду недостатка или отсутствия свещим примером.

С уменьшением силы тока и удлинением дуги время взаимодействия  увеличивается; поэтому, полнота протекания реакций при этом также будет увеличиваться. Это подтверждается опытом по наплавке в медную форму и дополнительной защитой аргоном электродами из проволоки Св-08А (со следами кремния) с покрытием, содержащим 50% ЗЮ2 И 8% алюминиевого порошка (рис. 3.4). В случае реакции окисления такое же изменение режима дает обратный результат: уменьшение содержания кремния с удлинением дуги и увеличение его с увеличением тока [15].

При сварке под флюсом стадия капли имеет меньшее значение и влияние режима на полноту протекания реакций определяется прежде всего относительной массой флюса, расплавляемого на данном режиме (отношением массы расплавленного флюса к массе расплавленного металла). Количество расплавляемого флюса увеличивается с уменьшением силы тока и увеличением длины (напряжения) дуги и в меньшей степени зависит от скорости сварки. Подобным же образом изменяется с режимом сварки и полнота протекания реакций [42].

Зависимость состава наплавленного металла от относительной массы флюса объясняется тем, что от нее зависят равновесная концентрация и поверхность взаимодействия металл — шлак, а следовательно, скорость реакции.

  1. Металлургические дефекты в металле шва

Химическая неоднородность. Различают микро- и макрохимическую неоднородность. Первая связана с ликвацнонными явлениями внутри кристаллита, вторая — с зональной ликвацией, условнями перемешивания металла ванны и конструкцией соединения. Первичная кристаллизация и ликвационные явления. При сварке, в отличие от литья, роль обменной кристаллизации заметно не проявляется вследствие большого перегрева ванны, интенсивного теплоотвода и большой скорости роста кристаллитов, которые растут от контактирующих с расплавом зерен твердого металла. Поэтому размер первичных зерен в металле шва зависит в известной степени от размера зерен свариваемого металла. Так, измельчая последние наклепом кромок, К. В. Любавский смог подавить транскристаллизацию при сварке аустенптных сталей.

Измельчение зерна возможно также путем введения некоторых веществ — модификаторов. Механизм их действия в условиях сварки не вполне выяснен. Кристаллиты растут нормально к поверхности фронта затвердевания, и по мере роста их оси искривляются вследствие изменения теплоотвода с перемещением ванны. Схема положения осей кристаллитов и скорости их роста впервые были определены для различных режимов сварки М. В. Шаманипым [43]. Аналитические выражения для осей кристаллитов для различной формы ванны получены Н. Н. Прохоровым [35]. Скорость роста кристаллитов равна скорости сварки шва и уменьшается по направлению к границе сплавления.

При импульсной сварке неплавящимся электродом прерывистое поступление тепла приводит к своеобразному характеру первичной кристаллизации. Затвердевание металла во время паузы идет одновременно по всему периметру ванны (и при достаточной длительности цикла ванна может полностью закристаллизоваться) , а во время импульса происходит частичное оплавление затвердевшего металла. Влияние импульсного режима на первичную структуру металла шва проявляется тем сильнее, чем меньше скважность импульсов

(отношение времени импульса к длительности цикла) и чем больше шаг точек (или скорость сварки) [28]. Изменяя параметры импульсного режима, можно получить гамму структур первичной кристаллизации и соответственно воздействовать на свойства металла шва.

Кристаллизация металла при сварке проходит в неравновесных условиях и сопровождается ликвацией компонентов сплава. В зависимости от состава металла, условий сварки и формы ванны, определяющих тепловую и концентрационную обстановку на фронте затвердевания, возможен различный характер первичной кристаллизации металла шва и разная степень развития ликвационных процессов.

Дендритная (внутрикристаллитная) ликвация, приводящая к микрохимической неоднородности металла, проявляется при сварке в меньшей степени, чем при кристаллизации в изложнице или литейной форме, вследствие относительно больших скоростей охлаждения. Сказанное хорошо иллюстрируется данными радиографического сравнения распределения 835 в сварном шве и слитке низкоуглеродистой стали (0,12% С), выполненного Б. А. Мовчаном [23]. Мерой ликвационной неоднородности служило отношение радиоактивностей осей дендритов и межосных промежутков:

В слитке (за исключением участка зональной ликвации)

В шве (в крайних верхних участках) То же (в центральных участках)

Относительная ликвация, %

225-240

165-172

128-140

С уменьшением скорости охлаждения, например при сварке с подогревом, следует ожидать увеличения микрохимической неоднородности. Зональная ликвация при сварке также проявляется в меньшей степени, чем в отливках. Одной из зон, где возможно развитие зональной ликвации, являются продольные границы, образуемые срастанием в середине шва двух встречных фронтов кристаллизации. От угла встречи кристаллитов на продольной границе зависит степень ликвации в этой зоне и прочность границы. По В. Н. Дуброву н Н. Н. Прохорову [35], при малой скорости сварки осп кристаллитов сильно изгибаются и на продольной границе наблюдается значительная ликвация; при средней скорости сварки кристаллиты встречаются под более тупым углом, ликвацинные явления проявляются в меньшей степени. При увеличении скорости сварки кристаллиты растут прямо навстречу друг другу, па продольной границе образуется зола равноосных кристаллов и вновь проявляются ликвационные явления. Соответственно этому сопротивление разрушению металла шва по продольной оси в зависимости от скорости сварки имеет вид кривой с максимумом.

Характерным для металла шва является наличие слоев кристаллизации, выявляемых специальным травлением и представляющих собой чередование пониженной и повышенной концентрации ликвирующих примесей; толщина этих слоев составляет от десятых долей до единиц миллиметра.

О       причинах образования слоистой структуры высказывались различные предположения [2, 22 и др.], рассмотренные в главе 5.

Макрохимическая неоднородность вблизи линии. сплавления. Основной и электродный (присадочный) металлы обычно в большей или меньшей степени отличаются по составу друг от друга. Даже в тех сравнительно редких случаях, когда сварка ведется электродом точно такого же состава, как и основной металл, металл шва может но отдельным компонентам отличаться от основного в результате химических реакций, протекающих при сварке (в известной степени это относится и к сварке неплавящимся электродом). Тем не

менее благодаря интенсивному перемешиванию ванны происходит выравнивание состава металла и в объеме шва макрохимическая неоднородность обычно отсутствует за исключением узкой зоны вблизи границы сплавления, так называемого переходного (неперемеши-вающегося) слоя [27]. В переходном слое движение и перемешивание металла тормозятся вязкими силами; слабой конвекции у стенок ванны способствует также резкое падение температуры расплава в этой зоне. Наибольшего развития переходный слой достигает при значительной разнице в составе свариваемого и электродного* металлов или при сварке разнородных металлов [16]. В зависимости от степени смешения разнородных металлов в переходном слое могут образовываться различные структуры. Например, при сварке перлитной стали аустенитными электродами возможно появление ферритоперлитной структуры в зоне, где основным компонентом является перлитная сталь, и даже мартенситной при большем участии электродного металла. Толщина переходного слоя, по данным Г. Л. Петрова [27], при дуговой сварке разнородных сталей колеблется -в пределах 0,1—0,6 мм. Заметим, что неоднородность, возникающая в процессе первичной кристаллизации вблизи границы сплавления, может затем усиливаться в результате диффузионного перераспределения примесей при медленном охлаждении или последующего термического воздействия на свариваемый шов [16].

Другие виды неоднородности. Разница в составе основного и электродного металлов приводит не только к образованию переходной зоны на границе сплавления, но и к неоднородности по слоям при многопроходной сварке. Неоднородность при многослойной сварке возникает вследствие изменяющейся по мере наложения валиков доли участия основного металла в шве, а также вследствие суммирования по слоям результатов химических реакций.

 

Макрохимическая неоднородность может быть также результатом неравномерного перевода в ванну и растворения в ней легирующих присадок из покрытия или флюса, что приводит к неоднородности по длине шва. Это явление наблюдается, когда относительно тугоплавкие компоненты присадок не полностью переходят в капли на электроде, а частично поступают прямо в ванну, минуя стадию капли, например, вследствие большой толщины покрытия. Попав в более холодный металл хвостовой части ванны, скоагулировавшие частицы присадки не успевают полностью раствориться и вызывают макрохимическую неоднородность по длине шва.

Горячие трещины. Образуются при температурах, близких к температуре плавления, и представляют собой межкристаллитное разрушение металла под действием усилий, возникающих в нем в процессе охлаждения. При остывании металла одновременно с его усадкой (деформацией) происходит резкое изменение пластичности (деформационной способности). Интервал температур, в котором пластичность металла близка к нулю, называется температурным интервалом хрупкости (ТИХ). В зависимости от того, как протекают эти два процесса во времени, может оказаться, что максимальная линейная усадка совпадает с ТИХ и в момент, когда величина усадки превысит величину возможного удлинения металла (кривые 1 и 2 на рис. 3.5), происходит его разрушение [34].

Различают кристаллизационные трещины, образующиеся в твердо-жидком состоянии выше температуры солидуса (рис. 3.5, кривая 1) по схеме разрушения под действием упруго-пластической деформации двухфазной системы жидкость — кристаллиты, и подсолидусные трещины, образующиеся в твердом состоянии ниже температуры солидуса (рис. 3.5, кривая 2). Влияние различных компонентов сплава, в том числе даже элементов, присутствующих в не

больших количествах, на склонность металла шва к горячим трещинам проявляется сложным образом, взаимообусловлено и изучено еще далеко не достаточно.

Исследование условий, при которых появляются горячие трещины, началось в 30-х годах. В работах Д. М. Рабкина,

Рис. 3.5. Пластичность 6 металла и его деформация Д при разных температурах

И. И. Фрумина и других исследователей [36, 42] было показано, что при сварке сталей образованию трещин способствует повышенное содержание углерода. Было предложено рассматривать содержание углерода как показатель, характеризующий склонность швов к образованию трещин. Вместе с тем при одном и том же содержании углерода трещины появляются или не появляются в зависимости от содержания кислорода, серы и других элементов. Вредное действие серы сказывается, когда она находится в металле в виде сульфида железа Ре8, образующего при кристаллизации легкоплавкую эвтектику Ре—КеЗ. Эта сульфидная эвтектика может образовать тонкие пленки, растекаясь по поверхности растущих кристаллов. Такому характеру ее выделения способствует повышенная концентрация углерода. Присутствие кислорода и возникновение оксидных неметаллических включений ведут к выделению глобулярных окснсульфидных и сульфндиых включении, уменьшая опасность зарождения трещин. Перевод Ро8 в малорастворимый в металле и выделяющийся в виде отдельных включений Мп8 путем введения в сварочную ванну марганца через проволоку или через флюс предупреждает образование горячих трещин [19, 42].

Считая, что обязательным условием образования горячих трещин является наличие жидких прослоек в процессе кристаллизации металла (т. е. рассматривая кристаллизационные трещины), Б. И. Медовар [22] в 1952—1955 гг. исследовал связь между склонностью металла шва к образованию горячих трещин и его составом. Он показал, что ^увеличение концентрации элементов, [вызывающих образование эвтектических прослоек, спачала увеличивает [склонность металла шва к горячим трещинам, а затем уменьшает ее. Последнее объясняется «залечиванием» несплошностей избыточным количеством Бвтектики.

В эти же годы Н. Н. Прохоровым [[34] развивалась гипотеза технологической прочности металла шва, основанная на сопоставлении скоростей нарастания внутренней деформации металла и изменении запаса пластичности металла в процессе кристаллизации, и была предложена методика количественной оценки склонности металла шва к образованию горячих трещин. На возможность образования при сварке подсолидусных трещин обратил внимание Б. А. Мовчан (1953—1954 гг.), развивший в дальнейшем представления о полигонизации как одной из причин образования горячих трещин [23].

По современным представлениям [44], образование подсолидусных трещин начинается в результате выделения вакансий по границам зерен и возникновения зародышевых полостей в процессе межзеренного проскальзывания. Образованию зародышей трещин препятствует миграция первичных границ. В зависимости от соотношения этих процессов возрастает или уменьшается вероятность образования подсолидусных трещин.

Теоретические представления о механизме образования горячих трещин приводят к следующим сформулированным в работах [22, 23, 34, 44] общим положениям о путях уменьшения склонности металла шва к образованию горячих трещин.

Для предупреждения кристаллизационных трещин нужно стремиться: 1) к повышению чистоты сплавов по примесям, способствующим образованию легкоплавких межкристаллитных прослоек, уменьшающих прочность двухфазной системы; однако увеличение количества легкоплавкой фазы в области составов, близких к эвтектике, наоборот, повышает технологическую прочность металла, так как с измельчением кристаллитов при одинаковой толщине прослоек растет пластичность сплава, а также возможно «залечивание» образовавшихся трещин избыточным количеством жидкости; 2) к подавлению роста столбчатых кристаллитов, измельчению кристаллитов, образованию высокотемпературных вторых фаз, так как пластичность двухфазных систем увеличивается с ростом межфазной поверхности.

Для предупреждения подсолидусных трещин нужно стремиться к тому, чтобы: 1) создать неровные, путанные (фрагментарные) границы, затрудняющие межзеренное проскальзывание, чему, в частности, способствует выделение высокотемпературных вторых фаз, измельчение зериа; 2) повысить чистоту металла по примесям, особенно примесям внедрения (кислород, азот), концентрация которых по границам зерен уменьшает поверхностную энергию зарождающейся полости и затрудняет миграцию границ; 3) снизить диффузионную подвижность атома в решетке, чтобы повысить скорость миграции границ. Эти положения подтверждаются практикой и позволяют объяснять наблюдаемые факты. К сожалению, приведенные общие рекомендации не всегда легко реализуются на практике, особенно в применении к новым композициям сталей и сплавов, вследствие недостаточности наших знаний о влиянии состава сплава на развитие и протекание процессов, определяющих зарождение и развитие трещин.

Опыт показывает, что влияние па технологическую прочность металла шва могут оказывать металлургические условия его получения. Иллюстрацией может служить представленная па рис. З.б зависимость критической скорости деформации никельхроммолибденового наплавленного металла от содержания в нем молибдена при разных окислительных условиях сварки (достигавшихся за счет разной концентрации мрамора в электродном покрытии). Повышение окислительных условий сварки сдвигает максимум технологической прочности (7,р) и начало ее резкого снижения в сторону меньших концентраций молибдена (рис. 3.6, кривая 2). Это можно объяснить, допустив, что высокая стойкость против образования горячих трещин никель- хроммолибденового сплава с содержанием молибдена, большим, чем предел растворимости, связана с выделением высокотемпературной богатой молибденом фазы, действие которой подобно действию дельта-феррита в нержавеющих сталях. С повышением окислительных условий сварки (увеличением кислорода в металле) состав этой фазы изменяется, уменьшается ее тугоплавкость. Косвенным подтверждением этой гипотезы может служить снижение жаропрочности такого металла с увеличением в нем кислорода.

В то же время окисление металла при сварке может оказывать благоприятное действие на технологическую прочность, если при этом окисляются и удаляются вредные примеси, например сера. Так, введение во флюс КМпО при сварке проволокой Х25Н20 позволило устранить образование горячих трещин [22]. Кроме того, на технологическую прочность металла шва оказывают влияние режим сварки и другие технологические и конструктивные факторы, определяющие скорость охлаждения металла, условия кристаллизации и возникающие в нем напряжения.

Поры. По современным представлениям образование пор в металле шва является результатом следующих основных процессов: 1) пресыщения металла шва газом (или газами) вследствие поглощения их из окружающей среды, развития в ванне реакции, дающих газообразные продукты, или же вследствие избыточного содержания газов в основном или присадочном металле; 2) выделения газа из раствора в виде зародышей газовых пузырьков;

3)      развития и роста пузырьков; 4) захвата не успевших удалиться из ванны газовых пузырьков затвердевающим металлом.

Особый случай представляет образование пор при сварке встык алюминия, титана и некоторых других химически активных металлов и сплавов в результате поверхностных реакций, например термического разложения поверхностных загрязнений. Образующиеся газы и виде отдельных пузырьков задерживаются в стыке вследствие сжатия кромок при нагреве металла, а затем захватываются металлом ванны.

Газы, ответственные за образование пор. Первоначально основным источником образования пор в сварных швах считалась реакция окисления углерода (А. А. Алов [1] и др.). Развивая эти представления, Б. В. Соколов,

А.      Д. Рахманов и Н. А. Тархов [38] обратили внимание па необходимость учета кинетики реакции. Если окисление углерода идет вяло и кипение затягивается до начала быстрого охлаждения металла — неизбежно образование пор. Сравнивая металл, наплавленный рудно-кислыми электродами, с кипящей, а фтористо-кальциевыми — со спокойной сталью, они объясняли появление пор при присадке энергичных раскислителей в рудно-кислое покрытие раскислением шлака, что приводит

 

к снижению скорости реакции окисления углерода и затягиванию ее вплоть до момента затвердевания металла.

На водород как главный источник образования пор при сварке газозащитным и электродами одним из первых обратил внимание В. Д. Таран [39]. По его мнению, реакция окисления углерода, наоборот, способствует уменьшению пористости за счет механического [удаления водорода при кипении металла. Позднее, в работе [12], было показано, что водород является источником пор при сварке электродами, имеющими в покрытии водородсодержащие компоненты (каолин, крахмал и др.).

 

Рис. 3.6. Критическая скорость деформации в зависимости от концентрации молибдена и окислительных условий сварки

:1 — 0,03% О; 2 — 0,08% О в наплавленном металле

В 1949 г. И. И. Фумин, И. В. Кир- до, В. В. Подгаецкий [41] убедительно показали на большом экспериментальном материале важную роль в образовании пор как водорода, так и азота. Они показали также, что плавиковый шпат и другие фториды, находясь во флюсе, способствуют связыванию водорода в НЕ в процессе сварки и тем самым предупреждению пор. Ранее благоприятное влияние СаРг приписывали только его разжижающему действию на шлаковый расплав [19]. Важное значение имеет при этом наличие во флюсе 8Ю* наряду с СаРг. Возможны реакции 2СаР*+38Юг=2Са8Ю8+81Р4 и 31Р*+2Н20=8Ю2+4НГ.

Связь между выделением 81Р« и подавлением пористости установлена экспериментально. В. В. Баженов [3], последуя образование пор при сварке электродами с покрытиями рудно-кислого и фтористо-кальциевого типа, пришел к выводу, что окись углерода является причиной пористости лишь при окислительных условиях процесса (при пониженном содержании раскислителей или избытке окислов железа в покрытии). В остальных случаях основной причиной образования пор является водород. И. К. Походня [32], используя более совершенную методику анализа газов, нашел значительно большее содержание водорода (до 30 см3/100 г) в наплавленном металле, чем было определено в работе [3]; лишь при очень высоком окислительном потенциале покрытия, когда ограничивается поглощение водорода, проявляется роль СО. Увеличение пористости при присадке раскислителей И. К. Походня объясняет тем, что углерод и кремний, являясь поверхностно-активными элементами, тормозят десорбцию водорода из ванны. Водород играет решающую роль как причина пор и в случае рутиловых электродов. Однако у карбонатных электродов образование пор наряду с водородом вызывает п азот вследствие худшей изоляции капель металла от воздуха основными шлаками.

Условия образования пор при сварке порошковой проволокой аналогичны условиям при сварке покрытыми электродами. Но наружное по отношению к шихте расположение металла у порошковой проволоки затрудняет изоляцию капель от воздуха, что увеличивает опасность поглощения газов из воздуха и образования пористости [32].

Роль азота заметно проявляется при сварке аустеннтных сталей и сплавов; при этом опасность появления азотных пор тем больше, чем меньше содержание хрома в металле. Хром и другие элементы, обладающие большим сродством к азоту, снижают коэффициент активности азота в расплаве, увеличивают его растворимость (равновесную концентрацию) и соответственно уменьшают степень пресыщения ванны газом [14]. Впрочем, при повышенном содержании углерода в металле и наличии окислителей в сварочных материалах причиной образования пор может служить также СО.

Роль воздуха как источника азота хорошо иллюстрируется появлением так называемых стартовых пор, образующихся при зажигании дуги, когда защита еще не установилась, или пор при сварке длинной дугой, когда защита нарушается. Возможно поглощение из воздуха и водорода при повышенном содержании его в атмосфере. Именно водород является причиной так называемой сезонной пористости, возникающей в некоторых случаях во время влажных периодов года. Однако наибольшее значение имеют другие источники водорода. Это прежде всего влага, содержащаяся в покрытиях, флюсах, шихте порошковой проволоки, как гигроскопическая, сравнительно легко удаляемая, так и связанная в виде молекул в кристаллогидратах или в виде гидроксильной группы в гидроокисях, удаление которой требует нагрева до высокой температуры [5]. Примером могут служить флюсы типа 48-ОФ, хорошие с металлургической точки зрения, но склонные к гидратации.

Наконец, источником водорода может служить водород или влага, присутствующие в защитных газах.

Большое значение имеют также поверхностные загрязнения: ржавчина, адсорбированная влага, органическая пыль, жировые вещества. Так, ржавчину К. В. Любавский [19] использовал для оценки склонности металла шва к водородной пористости. Поверхностные загрязнения играют важную роль, как указывалось, при сварке алюминия, титана и их сплавов. Особенного внимания заслуживает влага, прочно удерживаемая в пористой окисной пленке на поверхности алюминпй-магниевых сплавов [24].

Нередко источником пор является не один какой-либо газ, а несколько газов. Например, в пузырьки, образованные, скажем, СО, могут диффундировать, увеличивая их, азот и водород. Так, при оценке возможности образования пор следует учитывать концентрацию в металле не одного, а всех га-

Рис. 3.7. Схема зависимости внешнего Р и внутреннего Р’ давлении газа от радиуса пузырька

зов, способных к выделению из раствора (так называемое давление выделения, используемое рядом авторов; см., например, [32]).

Образование газовых пузырей в расплаве. Основным условием выделения газа из раствора в виде самостоятельной фазы (газовых пузырьков) является пересыщение им расплава. Большую роль в образовании зародышей новой фазы в недрах старой, т. е. на первом этапе фазового перехода, играют флуктуации.

Газ в пузырьке находится под внешним давлением, складывающимся из гидростатического и поверхностного (капиллярного) давлений:

Внешнему давлению противостоит давление газа внутри пузырька, также зависящее от радиуса кривизны. Эта зависимость выражается формулой Томсона, которая для парового пузырька в жидкости имеет

 

 

 

где р. — равновесное давление при 2) время т, существования ванны в температуре Т и плоской поверх- жидком состоянии (чем больше т„, тем, ности раздела ; у — мольный очевидно, полнее могут удалиться га- объем жидкости.   зовые         пузырьки);

Неметаллические включения в металпротекающих при сварке и в результате застревания частиц шлака или поверхностных окислов. Включения третьего вида имеют обычно макроскопические размеры и называются шлаковыми включениями или окисными пленами.

Неметаллические включения оказывают существенное влияние на свойства металла шва. Наиболее неблагоприятное влияние оказывают включения, располагающиеся цепочками или в виде прослоек по границам зерен н ослабляющие связь между ними, а также включения остроугольной формы, которые, являясь концентраторами напряжений, могут способствовать зарождению микротрещин. Опасны крупные шлаковые включения и окисные плены, уменьшающие рабочее сечение шва.

Переход неметаллических включений из основного и электродного металлов в шов. При расплавлении металла в нейтральной среде, например в аргоне, идут параллельно два процесса: растворение включений и их механическое удаление из расплава.

Включения, попадающие на поверхность расплавленного металла, остаются там, образуя шлаковую пленку. Обратный переход их в объем металла связан с увеличением поверхностной энергии системы и не может протекать самопроизвольно.

Скорость растворения включения зависит от состава и размера и достаточно велика, так что процесс растворения включений при сварке может пройти достаточно далеко. В дальнейшем при охлаждении и кристаллизации металла происходит выделение включений из раствора. Растворившиеся включения теряют свою «индивидуальность». Компоненты их, например кислород и кремний, суммируются с кислородом н кремнием, растворенными в металле и поступающими в него в результате химических реакций, и при соответствующих условиях могут явиться материалом для создания включений

нового состава. Лишь при отсутствии взаимодействия с окружающей средой,, например при электронно-лучевой пли аргоно-дуговой сварке, растворившиеся включения из переплавленного металла будут выделяться преимущественно в том же составе, но меньшего размера. В результате взаимодействия со шлаком компоненты включений из раствора в ванне могут переходить в шлак. На этом, например, основана десульфурация металла шлаками, богатыми СаО.

Образование включений в результате химических реакций. Основную массу включений в металле шва составляют продукты химических реакций.

Пересыщение раствора, являющееся обязательным условием для выделения продуктов реакции в виде самостоятельной фазы, может возникнуть в результате общего увеличения концентрации компонента вследствие окислительно-восстановительных реакций, перехода компонента из шлака и т. п., изменения условий равновесия (при снижении температуры), неравновесной кристаллизации. Примером химических реакций, вызывающих загрязнение металла шва неметаллическими включениями, могут служить реакции восстановления и окисления кремния и марганца при сварке под флюсом.

К образованию неметаллических включений приводят также многие другие реакции, например, окисление элементов проволоки шлаком или газовой фазой, переход серы и фосфора из флюса или покрытия в шов, растворение азота и образование нитридов и т. п. Сварочная ванна представляет собой сложную многокомпонентную систему, в которой могут протекать различные реакции. Продукты этих реакций, выделяясь из раствора» взаимодействуют между собой — образуют растворы, химические соединения, расслаиваются и т. п. Поэтому неметаллические включения в металле шва имеют часто сложный состав и структуру.

 

I        I        I        I        I

2       6       10     гт,с

[Рис. &8. Зависимость объемного процента Включений от максимального времени пребывания металла ванны в жидком состоянии

Примером могут служить сульфидные включения. При кристаллизации почти вся сера выделяется в виде сульфидных включений. В. В. Подгаецкий [29] показал, что при наличии в ванне частиц оксидов, главным образом окислов марганца и железа, сера интенсивно растворяется в них, образуя оксисульфпды до начала затвердевания металла, благодаря чему включения получают глобулярную форму. С понижением температуры уменьшается в займовая растворимость окислов и сульфидов. Это приводит к расслоению раствора и образованию включений сложной структуры.

Удаление неметаллических включений из ванны. Выше уже было упомянуто о механическом удалении включений из ванны путем их выноса на поверхность. Это относится не только к включениям, содержащимся в основном и присадочном металлах, но и к включениям, образующимся в результате реакций в расплаве. Удалению включений должно способствовать интенсивное движение металла в ванне и их укрупнение (коагуляция) при столкновениях.

Важным фактором является время

пребывания металла в жидком состоянии. Роль этого фактора иллюстрирует И рис. 3.8, на котором показано уменьшение объемного процента включений в металле шва с увеличением Тишах при сварке электродами ЦМ7-С. Процент включений подсчитывался приближенно по металлографическому исследованию 25 полей зрения при увеличении! 100, что позволило выявить лишь сравнительно крупные включения.

Уместно отметить, что металлографический метод оценки количества включений может дать полные и надежные Н результаты лишь при правильном вы-1 боре увеличения и числа полей зрения. I При этом надо иметь в виду, что включения размером менее 2 мкм находятся I вблизи предела разрешающей способности оптического микроскопа или даже I за ее пределами. Между тем характерным для сварки является наличие I включений весьма малого размера (по-1 рядка 1 мкм и меньше).

Удаление включений происходит не I только путем чисто физического про-1 цесса выноса или всплывания на поверхности. «Вытягиванию» включений I на поверхность расплава может содействовать также химическое взаимодей-1 ствие между включениями и шлаком. I Образование шлаковых включений и I окисных плен. Основной причиной образования крупных шлаковых включений и прослоек является неполное удаление шлаковой корки или окислов с  поверхности шва перед наложением  следующего слоя. Возможен также захват расплавленным металлом жидкого  шлака в процессе выполнения шва. Удаление шлака затрудняется при плохой  отделимости шлаковой корки, что особенно сильно проявляется при сварке  в узкую разделку, при наличии выпуклой формы валика с острыми углами у кромок разделки или при неудобстве выполнения сварки.

Высказываются различные соображения о факторах, влияющих на сцепление шлака с металлом. Отмечается, что причинами плохой отделимости шлаковой корки от поверхности шва может быть близость коэффициентов линейного расширения металла и шлака, наличие окисных промежуточных прослоек на границе металл — шлак. Например, при сварке стали в окислительных условиях нижние слои шлака могут быть обогащены вюститом (РеО), а верхние — магнетитом. Вюстпт способен достраивать решетку альфа-железа, а магнетит — решетку вюстита, в результате вероятно образование прочного сцепления металла со шлаком.

В работе [33] замечено применительно к сварке сталей, легированных титаном и ванадием, что в случаях прочного сцепления металла и шлака в поверхностном слое металла наблюдается повышенное количество дефектов (вакансий, дислокаций), вызванное диффузией легирующих элементов из глубины металла. Исходя из этого высказано предположение, что образующиеся окислы этих элементов, кристаллизуясь на дефектных участках поверхности, создают эпитоксиалызые пленки, которые, в свою очередь, служат затравками для кристаллизации шлака, обеспечивая его прочное сцепление с металлом. Однако вопрос изучен еще недостаточно для того, чтобы можно было объяснить все наблюдаемые факты и сформулировать требования к шлаку, обеспечивающие его хорошую отделимость.

Окисные пленки образуются при сварке алюминия и его сплавов вследствие наличия на поверхности металла весьма тугоплавкой пленки А1205, не растворяющейся в ванне. Прочность и твердость окисной пленки н сила сцепления с металлом увеличиваются при адсорбции масел и других веществ пористой гидратированной пленкой. Если на наружной поверхности свариваемых пластин окислы смываются флюсами или разрушаются дугой (по мнению большинства исследователей, по механизму катодного распыления) и уносятся потоком металла [24], то окислы на торцах пластин практически не подвергаются действию дуги, их дробление и вынос конвективными потоками затруднен, особенно в корне шва, где подвижность металла наименьшая.

Разрушение и удаление пленки, очевидно, тем легче, чем она тоньше и менее прочна. Это объясняет отмеченный многими исследователями факт уменьшения или даже устранения окис- ных включений в швах с улучшением очистки торцов от влаги и жировых загрязнений, уменьшением зазора между свариваемыми кромками или применением специальной защиты с?ыка аргоном с обратной стороны. Все это способствует уменьшению толщины и прочности окисного слоя на торцах. Полезным оказывается также применение импульсного режима сварки (чтобы усилить за счет пиков тока движение металла в ванне) и ведение сварки на подкладке с глубокой канавкой (чтобы увеличить пронлавление и конвективные потоки в корне шва, где обычно условия менее благоприятпы для разрушения и выноса пленки).