Классификация и изготовление флюсов

При увеличении поверхности вещества в наружный слой должно войти изнутри некоторое дополнительное количество молекул, а для этого они должны преодолеть межмолекулярные силы притяжения, другими словами, совершить работу. Эта работа и переходит в поверхностную энергию.

Величина, численно равная работе обратимого изотермического образования единицы поверхности жидкого или твердого тела, называется коэффициентом поверхностного натяжения пли удельной свободной поверхностной энергией.

Свободной поверхностной энергией обладают также и поверхности раздела между любыми несмешивающимися жидкостями, а также твердыми телами. В этом случае избыток свободной энергии чаще всего имеют межфазной свободной энергией.

Образование молекулярных связей на границе раздела между соприкасающимися фазами требует затрат энергии на их разделение. Эта работа называется работой адгезии. В случае соприкосновения двух несмешивающихся жидкостей она равна сумме поверхностных натяжений каждой из них минус межфазное натяжение на границе раздела и определяется уравнением Дюпре

Wa = оА + ов -- оА-в,

где оА, ови оа-в -- поверхностные натяжения фаз А, В и на границе между фазами А и В.

Межфазное натяжение на границе раздела шлак--металл при сварке играет важную роль. Действительно, оно определяет воздействие шлака на формирование наружной поверхности сварных швов при сварке под флюсом, а также влияет на разделение перемешанных в ванне шлака и металла.

О том, насколько важен выбор определенных физических свойств флюса для каждого конкретного случая, можно судить из следующих примеров.

Для благоприятного удаления неметаллических включений из сварочной ванны и газов температура затвердевания шлака должна быть значительно ниже температуры плавления металла. С другой стороны, при понижении температуры плавления шлака он будет больше растекаться по нагретым кромкам и слабо защищать зону плавления.

Отделимость шлаковой корки с поверхности сварного шва или валика улучшается при увеличении разности коэффициентов термического расширения металла и шлака и возрастании межфазного натяжения на границе металл--шлак. Что же касается обеспечения надежного покрытия поверхности сварного шва (валика), то флюс-шлак должен обладать низкими значениями поверхностного и межфазного натяжений на границе названной гетерогенной системы.

К химическим свойствам флюсов относят их способность раскислять и легировать металл сварного шва, связывать окислы в жидком металле в легкоплавкие соединения, способствовать рафинированию наплавляемого металла: обессеривать и обесфосфоривать.

В зависимости от химического состава и свойств флюсы-шлаки классифицируют по следующим признакам:

-- по основности или кислотности -- кислые с высоким содержанием Si02 или ТiO2 и основные, содержащие CaO, MgO, FeO, К2О, МпО и др. При этом амфотерные окислы А1203 и Сr203 в основных шлаках ведут себя как кислые, а в кислых -- как основные;

-- по содержанию марганца -- низкомарганцовистые, содер

жащие менее 10% МпО, среднемарганцовистые (15--30% МпО) и высокомарганцовистые, содержащие более 30% МпО;

-- по содержанию кремнезема -- бескремнистые (содержащие в качестве примеси до 5% Si02), низкокремнистые (5-- 35% Si02) и высококремнистые, содержащие более 35% Si02;

-- по химической активности по отношению к наплавляемому металлу -- высокоактивные, активные, малоактивные и пассивные.

Химическое воздействие расплавленного шлака на металл в значительной степени определяется соотношением в его составе основных, кислых и амфотерных окислов. Критерием основности (В) или кислотности (К) шлака по молекулярной теории служит отношение компонентов, входящих в состав данного шлака.

Шлаки считаются кислыми при В<1, основными -- при В>1 и нейтральными -- при В --1. Классификация флюсов-шлаков по степени основности или кислотности формальна. Для сварки и наплавки применяют флюсы, имеющие основность В = 0,6-1,3. При меньшей или большей основности металлургические и сварочно-технологические свойства флюсов ухудшаются. Повышение содержания кислых окислов, особенно Si02, приводит к возрастанию в металле шва окисных включений на основе кварцевого стекла в результате интенсивного протекания крем-невосстановительного процесса. Кроме этого понижается стабильность дугового разряда и ухудшается формирование шва. Шлаки становятся слишком вязкими.

Увеличение основности флюсов приводит к резкому ухудшению их сварочно-технологических свойств. Это явление начинает наблюдаться при В >1,1.

Рассчитанные коэффициенты основности дают только весьма приближенную оценку основных свойств шлака. Кислотный или основной характер шлака будет проявляться при наличии в нем свободных соответственно кислых или основных окислов, а при оценке возможности получения в шлаке тех или иных свободных окислов следует учитывать возможность образования в шкале различных комплексных соединений, например, Fe0.Si02, Mn0.Si02, Ca0.Si02, Mg0.Ti02 или (Fe0)2.Si02, когда одна молекула Si02 может связать не только одну, но и две молекулы основного окисла. В связи с этим шлак, состоящий из 50% Si02 и 50% FeO, по существу будет не нейтральным (B=1), а кислым.

Кислые шлаки, содержащие в незначительных количествах свободные ионы кислорода, обладают меньшей окислительной способностью, поскольку передача кислорода металлу в этом случае осуществляется путем разрушения сложных комплексных анионов на границе гетерогенной системы.

По строению эти шлаки более просты, чем основные. Они чрезвычайно трудно кристаллизуются, что препятствует изучению их минералогической структуры. Быстрое охлаждение часто приводит к затвердеванию шлака в виде стекла, представляющего собой переохлажденную жидкость. При повышении температуры вязкость таких флюсов падает постепенно, т. е. они относятся к категории длинных шлаков. При сварке под длинными флюсами-шлаками корка на поверхности шва получается толстой, а относительная масса переплавленного шлака несколько увеличивается. В отличие от кислых основные флюсы имеют кристаллическое строение и по характеру изменения вязкости от температуры относятся к категории коротких. При повышении температуры вязкость этих флюсов быстро снижается, а шлаковая корка получается тонкой.

Затвердевание флюса-шлака происходит в узком интервале температур, поэтому минералогический состав основных флюсов исследован более полно. Кристаллооптические исследования О. А. Есина и П. В. Гельда показали, что в основных шлаках присутствуют кристаллы минералов, а химический состав

некоторых из них отвечает как простым окислам, так и химическим соединениям с двумя и более компонентами. В жидких: шлаках все окислы и химические соединения диссоциированы на ионы, поэтому молекулы как таковые в них не существуют.

Список используемой литературы:

1. Конищев Б.П., Курланов С.А, Потапов Н.Н. и др.; Под. общ. ред. Потапова Н.Н.

Сварочные материалы для дуговой сварки: Справочное пособие в 2-х т. Т.1. Защитные газы и сварочные флюсы».Том1.М.Машиностроение. 1989г.

2. ttp://infosvar.ru

3.http://metallicheckiy-portal.ru