Металлургические процессы при электрошла - ковой сварке отличаются от дуговой сварки следующими особенностями:

1) в плавильной зоне отсутствует газовая фаза;

2) температура в зоне сварки ниже, чем при дуговой;

3) сменность шлака-флюса незначительна;

4) при сварке имеет место электролиз шлака шлаковой ванны;

5) поверхность шлаковой ванны заметно окисляется кислородом воздуха.

Из-за отсутствия газовой фазы основную роль играют металлургические процессы между жидким шлаком и ме­таллом. Как нами ранее было установлено, активность и характер реакции между металлом и шлаком зависит от температуры; исследования показали, что в шлаковой ванне имеются две температурные области. Высокотем­пературная (примыкающая непосредственно к торцу элек­трода), в которой протекают процессы восстановления кремния и марганца из оксидов по реакциям (80), (81), и низкотемпературная область (занимающая остальной объем шлаковой ванны), в которой при сварке проволо­кой Св-08 происходит окисление марганца и кремния, а при сварке сварочной проволокой, содержащей много кремния, в первой области наблюдается восстановление марганца за счет окисления кремния.

При сварке под флюсом вследствие равномерного пере­мещения дуги вдоль свариваемых кромок плавятся и вступают во взаимодействие все новые порции металла и флюса, в результате чего при неизменном режиме сварки состав металла шва по длине практически остается оди­наковым.

При электрошлаковой сварке непрерывно расплавляе­мый основной и электродный металлы взаимодействуют

с жидким шлаком, сменность которого незначительна. В результате в начале процесса, когда жидкий металл взаимодействует с жидким шлаком первоначального со­става, наблюдается переход марганца и кремния из флюса в металл, как и при сварке под флюсом. По мере протекания кремнсмарганцевосстановительных процессов в шлаковой ванне происходит уменьшение концентрации оксидов кремния и марганца и накопление оксида железа (II) ГеО.

Как показали опыты, после выполнения участка шва длиной 150-200 мм восстановления кремния и марганца из шлака уже не происходит. Такое быстрое накопление оксидов железа в шлаковой ванне объясняется не только кремнемарганцевосстановительными процессами, но и в значительной мере окислением шлаковой Банны кисло­родом воздуха по реакциям:

4FeO + 02 -> 2Fe203; (83)

Fe.,03 4- Mn 2FeO + MnO; (84)

Ге203 + С -> 2FeO + СО f. (85)

Последнее подтверждается тем, что при защите поверх­ности шлаковой ванны аргоном или азотом содержание оксида железа (II) в шлаке и окисление марганца умень­шаются. В результате реакции (84) происходит выгорание полезных примесей, и химический состав металла шва по его длине оказывается неодинаковым, что отрицательно сказывается на качестве сварных соединений.

Для сохранения постоянства химического состава по длине шва и требуемого содержания в шве марганца элек - трошлаковую сварку углеродистых и низколегированных конструкционных сталей производят сварочной проволо­кой марки Св-10Г2 иод высококремннстым марганцевым флюсом. В этом случае наблюдается восстановление и переход в шов кремния из флюса за счет марі айна:

2Мп + SiOa = 2MnO - F Si. (SC)

Металл получается хорошо раскисленным и достаточно однородным по длине шва.

При электрошлаковой сварке содержание фосфора и серы в металле шва невелико: фосфора потому, что основ­ным источник*.м его является флюс, сменность которого при электрошлаковой сварке небольшая (соответственно мало и содержание фосфора), а десульфацня металла

шва при электрошлаковой сварке также протекает до­статочно энергично за счет таких компонентов шлака, как МпО, СаО и CaF2. При необходимости усилить про­цесс десульфации увеличивают сменность шлака путем периодического его сливания с новыми порциями флюса.

На ход металлургических процессов и химический состав металла шва при электрошлаковой сварке суще­ственное влияние оказывает род тока и полярность под­ключения, потому что шлак представляет собой электро­лит, состоящий из ионов металла, кислорода и окислов металла.

При прямой полярности, когда электродная проволока является катодом, вследствие электролиза к поверхности образующихся капель направляются элементы и соеди­нения, имеющие положительный заряд (положительные ионы марганца, железа и др.), и на ней создается повышен­ная концентрация ионов марганца, что уменьшает вероят­ность его окисления и перехода в шлак. Это способствует сохранению марганца в каплях электродного металла и даже повышению его содержания вследствие восстанов­ления ионов до атомов:

Мп+ + с" -> Мп°. (87)

В то же время к металлической ванне, являющейся анодом, направляются отрицательные ионы (кислород и кислородосодержащие соединения). Но в связи с тем, что температура ванны меньше, а удельная поверхность (т. е. поверхность, отнесенная к объему жидкого металла) значительно меньше, чем у капли на торце электрода, окисление углерода и марганца будет не столь интен­сивным.

При сварке на обратной полярности к аноду (к сва­рочной проволоке) направляются ионы кислорода и ионы кислородосодержащих соединении, которые, попадая на более нагретую поверхность образующихся капель ме­талла, интенсивно окисляют марганец и другие полезные примеси. Это приводит к обеднению шва марганцем, кремнием и другими элементами, повышающими прочность металла шва и его стойкость против горячих трещин, т. е. ухудшается качество шва.

При электрошлаковой сварке на переменном токе переход марганца занимает промежуточное положение по сравнению с переходом при сварке на постоянном токе прямой и обратной полярности.

Изменение основных величин режима электрошлако - вой сварки значительно меньше влияет на выгорание элементов и переход их в шов, чем при дуговой сварке под флюсом.

Некоторое уменьшение окисления марганца наблю­дается при повышении тока, понижении напряжения и уменьшения глубины шлаковой ванны.