Окисление легирующих элементов при сварке (наплавке) покрытыми электродами

При дуговой сварке большое значение имеет введение в сварочную ванну легирующих добавок для получения шва требуемой композиции и свойств. В большинстве случаев даже при использовании пассивных защитных сред приходится считаться с определенным окислением металла в зоне сварки, связанным с несовершенством защиты сварочной ванны от атмосферного воздуха и реакциями, протекающими в электродном покрытии при его нагреве, а также с непосредственным окислительным воздействием покрытия на наплавляемый металл, поскольку образующаяся газовая защита не нейтральна по отношению к нему, а в определенной степени химически взаимодействует с наплавляемым металлом. Это же самое можно сказать и об образующихся шлаках.

Чем активнее окисляется легирующий элемент в сварочной ванне, тем менее полно он усваивается металлом шва. Поэтому для оценки поведения каждого легирующего элемента в сварочной ванне необходимо знать его химическое сродство к кислороду, определяемое по значению упругости диссоциации его оксида. При прочих равных условиях (концентрация, температура, состав шлаковой и газовой фаз) отдельные элементы, присутствующие в сварочной ванне, по возрастающему сродству к кислороду могут быть расположены в следующий ряд (при температуре до 1600°С):

Cu → Ni → Со →Fe → W → Мо → Cr → Мn → V → Si → Ti → Zr → Al.

В результате в процессе сварки элементы, расположенные в указанном ряду слева от железа, практически полностью усваиваются сварочной ванной (при сварке сталей). Однако при введении названных элементов в электродное покрытие возможны их потери на окисление в процессе замеса или прокалки.

Вольфрам и молибден, расположенные в рассматриваемом ряду по соседству с железом справа, также достаточно полно усваиваются сварочной ванной. Остальные элементы заметно окисляются в сварочной ванне и тем больше и активнее, чем дальше вправо они находятся от железа. Поэтому при наличии окислительных условий весьма трудно, к примеру, легировать сварочную ванну такими особо активными элементами, как цирконий, титан и алюминий. Легко окисляющиеся элементы с относительно малым значением упругости диссоциации их оксидов достаточно полно усваиваются сварочной ванной только при предельно возможном снижении окислительных условий.

При прочих равных условиях введение в сварочную ванну элемента с большим сродством к кислороду предохраняет от активного окисления другие менее активные элементы. Например, для более полного усвоения металлом шва титана в зону сварки целесообразно вводить цирконий или алюминий и т. д.

По материалам: Н.Н. Потапов. Сварочные материалы для дуговой сварки. -М. Машиностроение. 1993