При зварці порошковими дротами карбонатнофторістого типу основною причиною утворення пористості, є пересичення металу азотом і воднем, що відбувається в результаті недосконалості захисту розплавленого металу від повітря, а також пов'язано з коливаннями режиму зварки. Поліпшення умов захисту металу досягається зміною конструкції порошкового дроту. Наприклад, дроту двошарової конструкції забезпечують надійніший захист в порівнянні з трубчастими. Запобігання пористості металу шва при підвищенні змісту азоту можна добитися шляхом введення в дріт активних нітрідообразующих елементів - титану або алюмінію. Легування дроту титаном або алюмінієм переводить значна кількість азоту в стійкий нітрид і попереджає виділення бульбашок газу. Титан і алюміній, а також їх нітрид, знаходячись в зварних швах в значних кількостях, знижує пластичність металу. Введення титану і алюмінію в дріт трубчастої конструкції для попередження пористості рекомендується для зварки одношарових швів і в тих випадках, коли вимоги до пластичності металу невеликі. При високому вмісті титану, алюмінію і азоту в металі шва можливе утворення крихких структур. Тому легування металу титаном або алюмінієм сприятливо лише до певних концентрацій цих елементів в зварному шві. Найбільш надійні шляхи зниження поглинання азоту металом зварного шва - це застосування двошарової конструкції дроту, або додатковим захистом зони зварки вуглекислим газом. Зволоження сердечника порошкового дроту карбонатно-фторісгого типу, наявність іржі також їх нітрид, знаходячись в зварних швах в значних кількостях, знижує пластичність металу. Причиною пористості в цьому випадку є виділення водню Джерелами водню в зоні дуги при зварці порошковими проволокамі можуть бути волога матеріалів сердечника дроту, волога і іржа на металі, мастило на поверхні дроту. Для зниження змісту водню в початкових матеріалах проводиться сушка і прожарення матеріалів сердечника, прожарення готового дроту з метою видалення волочильного мастила і тому подібне Стійкість сухого порошкового дроту рутил-карбонатно-фтористого типу проти пір, викликаних іржею на поверхні металу, вище, ніж дроту Св-08 при зварці під флюсом АН-348.

Рисунок 2.2 – Форма зварювальної ванни при малій (а) та великій (б) швидкості зварювання, при зварюванні кутом вперед (в) і кутом назад (г)

2.3 Металургійні і фізико-хімічні процеси при зварюванні

При зварці плавленням наплавлений метал є продуктом взаємодії металу стержня електроду і металу шва з газами, покриттями, флюсами і шлаків, що утворюються при плавленні покриттів і флюсів.

Шлаки складаються з різних оксидів і солей, які мають знижену, в порівнянні з рідким металом, щільність і тому, розташовуються в основному на поверхні металевої ванни. В процесі зварки електродами з товстим покриттям, порошковим дротом і із застосуванням керамічних флюсів шлаки утворюються в результаті плавлення покриттів, флюсів. Зварювальні шлаки виконують наступні основні функції:

ѕ захист рідкого металу від безпосереднього контакту з повітрям;

ѕ проведення в тому або іншому ступені процесів розкислювання, легування і рафінування металу;

ѕ поліпшення теплового режиму зварки за рахунок зниження швидкості охолоджування металу;

ѕ підтримка стійкості процесу зварки;

ѕ забезпечення правильного формування металу шва.

Хімічні властивості шлаку в більшій мірі визначаються ступенем кислотності або зворотною їй величиною — ступенем основності шлаку. За ступінь кислотності п приймають відношення сум молекулярних відсотків кислих Мк і основних М0 оксидів даного шлаку: n=.

Зварювальні шлаки мають кислі оксиди — SiO2, ТiO2, Р2O5, В2O3 і основні — FеO, MnO, NiO, CaO, BaO, МgO і ін. Окрім вказаних оксидів в шлаках зустрічаються і амфотерні оксиди, які ведуть себе з сильними кислотами, як основи, а з сильними основами — як кислоти. До таких оксидів відносяться Аl2O3, Fе3O4, Сr2O3, V2O5 і ін. Основні шлаки (n>2), багаті CaO, МnО, добре очищають метал від фосфору, сірки і активно легують його марганцем, але слабо легують метал кремнієм і погано видаляють з нього кисень (у вигляді окису заліза). Кислі шлаки (n<2) активно легують шов кремнієм і добре зв'язують окис заліза, але погано очищають метал шва від сірки і фосфору.

Зварювальні шлаки характеризуються наступними фізичними властивостями: тепловими константами — температурою плавлення або розм'якшення, теплоємністю, прихованою теплотою плавлення; в'язкістю в рідкому стані; газопроникністю; щільністю в рідкому стані; властивостями, що визначають відмінність шлаку від металу шва в твердому стані.

Газова фаза характеризується наявністю пари металу компонентів шлаку, захисних газів і продуктів дисоціації складних з'єднань, як перебувають в стовпі дуги.

Зварювальні матеріали завжди містять адсорбовану вологу, яка по нормі повинна складати 0,1—0,3 %, але при зберіганні (3—4 тижні) зміст вологи може перевищити норму. У зварювальний простір волога може потрапляти також у вигляді іржі [Fе(OН)3], що покриває зварювальний дріт або поверхню зварюваного виробу. Азот в зварювальний простір потрапляє з повітря. Розчиняючись в металі, він майже повністю залишається в шві. Тому якість газового і шлакового захисту від повітря визначають за змістом азоту в шві. Кисень в газовій фазі (виключаючи зварку без захисту від повітря) потрапляє в зону із-за дисоціації оксиду СО2 по рівнянню

СО+1/2О2 = СО2 + 283,45 кДж/моль.

При використанні електродів з товстим видом покриття вільний кисень потрапляє в зону зварки з покриття, яке має мармур (виду «Б»). Мармур при нагріві вище 900 °С розкладається по рівнянню

СаСО3 =СаО + СО2 .

Електроди і флюси, що не мають вуглекислих з'єднань, дають газову фазу з незначною кількістю кисню (електроди з покриттями «Ц» і «А»). Це вказує на те, що наявні в покриттях, флюсах, шлаках оксиди є другорядними джерелами газоподібного кисню. Практика показує, що