Влияние оксидных включений в металле швов на их свойства

Влияние кислорода на механические свойства сварных швов изучалось давно и достаточно подробно. В настоящее время отрицательное влияние неметаллических оксидных включений на механические свойства металла швов, особенно пластичность и ударную вязкость, признается всеми исследователями. При этом наиболее детально этот вопрос рассмотрен применительно к сварке низкоуглеродистых сталей, однако влияние оксидных включений для других групп сталей имеет практически аналогичный характер.

Кислород находится в металле шва преимущественно в виде мелкодисперсных включений оксидов размером до 0,03 мкм. Увеличение количества таких включений в металле шва как при сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей ферритно-перлитного класса, так и коррозионно-стойких хромистых и аустенитно-ферритных повышает склонность металла швов к хрупкому разрушению. В тоже время запас пластичности матрицы низкоуглеродистой стали позволяет использовать металлургические варианты сварки плавлением, увеличивающие концентрацию кислорода в металле шва до 0,08%.

По сравнению с низкоуглеродистыми, низко- и среднелегированные стали более чувствительны к общему количеству кислорода в металле швов. Эта чувствительность повышается пропорционально суммарному количеству легирующих добавок, от которого зависит запас пластичности металла.

Оптимальное содержание кислорода в металле швов при сварке низко- и среднелегированных сталей находится в пределах 0,02-0,035 %. Повышение склонности металла швов к хрупкому разрушению при увеличении в них общей концентрации кислорода свыше 0,035 % обусловлено выделением в феррите микроскопических оксидных включений, частично располагающихся по границам зерен. Эти включения блокируют диссоциации и являются местами зарождения трещин при деформации металла.

Швы с пониженным содержанием кислорода (менее 0,02 %) также имеют тенденцию к снижению пластичности, поскольку, с одной стороны, ферритно-перлитная матрица повышенной чистоты склонна к образованию неравновесных структур при охлаждении, а с другой – при отсутствии оксидных включений изменяется характер выделения из расплава серы и фосфора от шаровидной формы к плёнкообразной.

Сварка плавлением коррозионно-стойких сталей ферритного и ферритно-аустенитного классов связана с получением в шве еще больших количеств кислорода по сравнению не только с обычными низкоуглеродистыми, но даже с низко- и среднелегированными сталями. Это вызвано тем, что в окислительно-восстановительных процессах активно участвуют элементы с большим сродством к кислороду (хром, ванадий и др.) Швы, выполненные на коррозионно-стойких сталях также чувствительны к общему содержанию кислорода. Пластичность и ударная вязкость аустенитных швов уменьшается пропорционально увеличению в них концентраций кислорода. Поэтому следует ограничивать его количество в металле шва в пределах до 0,06 % при уровне феррита не меньше 2 %.

Снижение количества оксидных включений в швах может быть получено введением в сварочную ванну элементов, снижающих температуру плавления оксидов в металле.

Легкоплавкие мелкодисперсные оксидные включения значительно лучше коагулируют и всплывают на поверхность сварочной ванны. Однако более надежно уменьшать количество неметаллических включений, предотвращая их образование. Чаще всего этого добиваются, используя сварочные материалы с меньшей химической активностью по отношению к свариваемому металлу.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Современный специалист должен обладать базой фундаментальных знаний, лежащих в основе любых прикладных вопросов. Тогда он сможет активно участвовать в разработке и использовании новых процессов, включающих новые научные знания. Представления о окислительно-восстановительных процессах при сварке, связи этих процессов с изменением концентрации кислорода и оксидов в сварном шве, знания о формах присутствия кислорода в металле шва и его влиянии на свойства сварного соединения лежат в основе формирования багажа знаний специалиста, работающего в производственной сфере, в частности в производстве сварных конструкций.

В представленном учебном пособии сделана попытка изложить наиболее важные, с учетом специфики специальности, положения и разделы курса, составляющие фундамент инженерного образования будущих специалистов в области сварки. Ограниченный объем курса обусловил некоторую сжатость изложения. Этот недостаток заинтересованный читатель может самостоятельно устранить, воспользовавшись библиографическим списком.

Материал книги полезен также для дальнейшего изучения специальных дисциплин.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Коровин Н.В. Общая химия / Н.В. Коровин. -М.: Высш. шк., 2005.-558 с.

2. Потапов Н.Н. Окисление металлов при сварке плавлением/ Н.Н. Потапов. – М.: Машиностроение, 1985. - 216 с.

3. Новожилов Н.М. Основы металлургии дуговой сварки в газах/ Н.М. Новожилов. - М.: Металлургия, 1979. - 231 с.

4. Кличко Ю.А. Анализ газов, неметаллических включений и карбидов стали/ Ю.А. Кличко, А.Г. Атласов, М.М. Шапиро. М.: Металлургиздат, 1953. – 595 с.

5. Подгаецкий В.В. Неметаллические включения в сварных швах. М.- Киев: Машгиз, 1962.- 84 с.

6. Теория сварочных процессов: Учеб. для вузов по спец. «Оборуд. и технология сварочн. пр-ва»/В.Н. Волченко, В.М. Ямпольский, В.А. Винокуров и др.; Под ред. В.В. Фролова.- М.: Высш. шк., 1988.-559 с

7. Петров Г.Л. Теория сварочных процессов (с основами физической химии)/Г.Л. Петров, А.С. Тумарев: Учебник для вузов. Изд. 2-е, перераб.- М.: Высш. шк., 1977.-392 с.