Особенности окисления металла шва оксидами алюминия и титана.

В последнее время встречаются сварочные флюсы в состав которых вводят относительно термоустойчивые оксиды титана и алюминия взамен оксидов марганца и кремния. Вместе с тем роль глинозема и диоксида титана в металлургических процессах на границе шлак - сварочная ванна полностью не ясна. С одной стороны часть исследователей полагает, что термодинамическая вероятность диссоциации этих оксидов в зоне плавления мала. С другой стороны исследования, выполненные С.Т. Ростовцевым, свидетельствуют, что с увеличением температуры сварочная ванна при достаточно высокой концентрации в шлаке и может обогащаться как титаном и алюминием, так и кислородом, хотя сосуществующие концентрации этих элементов в несколько раз ниже, чем в случае кремния и марганца. Исследования коэффициентов усвоения углерода, кремния и марганца под флюсами с переменными количествами и показывают, что с увеличением содержания диоксида титана во флюсе возрастает его окислительная способность по отношению не только к углероду и кремнию, но и к марганцу, а с повышением содержания , возрастает его окислительная способность в отношении углерода и кремния.

Принято считать, что основная причина проявления окислительных свойств флюсов с и - обменные реакции этих оксидов с углеродом и кремнием. Сродство углерода к кислороду растет с повышением температуры, поэтому в реакционной зоне сварки возможны реакции

(45)

(46)

Влияние этих реакций на конечный состав металла шва необходимо учитывать, так как окисление 0,05 % по реакции (45) приводит к восстановлению 0,1 % или 0,08 % по реакции (46). Восстановление титана и алюминия по этим реакциям происходит без обогащения сварочной ванны кислородом, так как сразу удаляется из зоны плавления.

Результаты ряда исследований показывают, что восстановление титана и алюминия из шлака (флюса) сопровождается увеличением количества неметаллических включений в металле шва в зависимости как от содержания этих оксидов во флюсе, так и от напряжения дуги (аналогично с кремне- и марганцевосстановительными процессами). Повышение напряжения дуги приводит к увеличению времени металлургического взаимодействия металла на стадии капли в зоне плавления. В результате повышается концентрация алюминия и общее количество включений оксидов, основу которых составляет .

В области высоких температур существенно наличие в зоне плавления . Выше температуры кипения химическое сродство кремния к кислороду растет с повышением температуры. Следовательно, в этой температурной области можно ожидать развития реакций

(47)

(48)

Результаты исследований возможности восстановления титана из шлака кремнием показывают, что как и в случае с увеличение концентрации кремния в наплавленном металле способствует повышению содержания в нем титана при неизменном количестве во флюсе. Однако, при одной и той же концентрации и во флюсе содержание кислорода под флюсами, содержащими , всегда больше. Наряду с окислением кремния заметно окисление и других элементов, например марганца, особенно при малых исходных концентрациях кремния в сварочной ванне. Возможность окисления марганца подтверждает и анализ неметаллических включений в наплавленном металле.

По мнению ряда исследователей роль как окислителя (так же как и в случае с ) в наибольшей степени проявляется при сварке под керамическими флюсами. Это связывают с тем, что при выплавке флюса возможна частичная диссоциация и, следовательно, степень диссоциации будет зависеть от состава флюса, условий его выплавки и прокалки.

Обобщая рассмотрение химической активности и как компонентов-окислителей, можно констатировать, что их присутствие во флюсе может способствовать протеканию в сварочной ванне на межфазной границе следующих процессов: восстановлению титана и алюминия кремнием; окисление легирующих элементов (углерода, кремния, марганца и др.) кислородом, образующемся при частичной диссоциации и ; образованию остаточного количества кислорода в наплавленном металле.

Таким образом, присутствие этих оксидов в составе сварочных флюсов может способствовать образованию в шве оксидных включений не только на основе и , но и продуктов окисления других легирующих элементов, входящих в состав сварочной проволоки или в основной металл.