Металлургические процессы при газовой сварке характеризуются следующими особенностями: малым объемом ванны расплавленного металла; высокой температурой и концентрацией тепла в месте сварки; боль­шой скоростью расплавления и остывания металла; интен­сивным перемешиванием металла жидкой ванны газовым потоком пламени и присадочной проволокой; химическим взаимодействием расплавленного металла с газами пламени.

В восстановительной (средней) зоне пламени, состоящей из окиси углерода СО и водорода Н2, могут также присут­ствовать следующие вещества: пары воды Н20, углекислый - газ С02, азот N2, атомарный водород Н и свободный угле­род С. Однако содержание этих веществ в средней зоне не­велико и их можно не принимать во внимание при рассмот­рении реакций взаимодействия между металлом и газами пламени.

р* Основными в сварочной ванне являются реакции окисле - Жния и восстановления. Наиболее легко окисляются магний,

’ алюминий, обладающие большим сродством к кислороду. Окислы этих металлов не восстанавливаются водородом и окисью углерода, поэтому при сварке этих металлов необ­ходимы специальные флюсы. Окислы железа и никеля, на­оборот, хорошо восстанавливаются окисью углерода и во­дородом пламени, поэтому при газовой сварке этих метал­лов флюсы не нужны.

При избытке в пламени кислорода происходят реакции окисления железа, углерода, марганца и кремния по урав­нениям:

Железо:

2Fe + 02 = 2 [FeO].

Жидкое Газ Растворенная в железе

Образующаяся закись железа FeO может окислять мар­ганец, кремний и углерод по реакциям:

Марганец:

Так как образующиеся окислы МпО и Si02 переходят в шлак, то количество раскислителей (марганца и кремния) в металле шва уменьшается. Это может привести к появле­нию избытка кислорода в наплавленном металле и ухуд­шению его механических свойств.

Углерод:

[Fe3C] + [FeO] = 4Fe + СО.

Растворенные в железе Жидкое Газ

При выходе окиси углерода из сварочной ванны проис­ходит кипение и разбрызгивание металла.

При отсутствии избытка кислорода и восстановительном характере пламени в сварочной ванне будут протекать ре­акции восстановления, обратные приведенным выше, а именно: і/

Восстановление железа окисью углерода:

[FeO] + СО = Fe + С02.

Растворенная Газ Жидкое Газ

в железе

Восстановление железа водородом:

[FeO] + Н2 = Fe + Н20.

Растворенная Газ Жидкое Пары

в железе

Водород способен хорошо растворяться в жидком же­лезе. При быстром остывании сварочной ванны он может

остаться в шве в виде мелких газовых пузырей. Однако га­зовая сварка обеспечивает более медленное охлаждение металла по сравнению, например, с дуговой сваркой. По­этому при газовой сварке углеродистой стали весь водород успевает выделиться из металла шва и последний получает­ся плотным.

Значительно большую опасность водород представляет при сварке меди и латуни, так как может вызывать «водо­родную болезнь» (растрескивание) меди и пористость шва при сварке латуни.

Восстановление железа из его закиси FeO производится марганцем и кремнием в сварочной ванне по приведенным выше реакциям окисления этих примесей кислородом закиси железа, растворенной в жидком металле.

Если в пламени имеется избыток углерода, то он может переходить в металл и науглероживать его по реакциям:

3Fe + С = [Fe3C].

Жидкое Твердый Растворенный

в железе

3Fe + 2СО = [Fe3C] + С02.

Жидкое Газ Растворенный Газ

в железе

Свободный углерод образуется в пламени при разложе­нии ацетилена по реакции С2Н2—*-2С + Н2.

Структурные изменения в металле при га­зов ой сварке. Вследствие более медленного (по срав­нению с дуговой сваркой) нагрева зона влияния при газо­вой сварке больше, чем при дуговой.

Слои основного металла, непосредственно примыкающие к сварочной ванне, перегреты и приобретают крупнозерни­стую структуру. Крупнозернистое строение получает и ме­талл шва, кристаллизующийся на крупных зернах застыва­ющего металла кромок. В непосредственной близости к границе шва находится зона неполного расплавления основ­ного металла с крупнозернистой структурой, характерной для перегретого металла. В этой зоне прочность металла ни­же, чем прочность металла шва, поэтому здесь обычно и происходит разрушение сварного соединения.

Далее расположен участок перекристаллизации, харак­теризуемый также крупнозернистой структурой, для кото­рого температура нагрева была ниже температуры плавле­ния металла, но выше 1100—1200°С (при сварке стали).

Последующие участки нагреваются до более низких темпе­ратур и имеют мелкозернистую структуру нормализованной стали. Если содержание углерода в стали более 0,3%, то в этой части зоны теплового влияния возможно образование более твердых и хрупких закалочных структур.

При газовой сварке углеродистых сталей малых толщин зона теплового влияния основного металла располагается на 8—15 мм, а средних толщин — на 20—25 мм в ту и дру­гую сторону от шва. Характер изменения структуры металла в зоне теплового влияния определяется составом металла (сплава) и его состоянием перед сваркой. Для улучшения структуры и свойств металла шва и околошовной зоны иногда применяют горячую проковку шва и местную термо­обработку нагревом сварочным пламенем или общую тер­мообработку с нагревом в печи.

§ з