§ 47. Металлургические процессы при газовой сварке

В отличие от дуговой газовая сварка происходит с более низкими скоростями нагрева и охлаждения металла шва и сварного соединения, что способствует слиянию мелких зерен в крупные и более длительному протеканию химических реакции в сварочной ванне и между расплавленным металлом и газами сварочного пламени.

При избытке в пламени кислорода происходят интенсивные реакции окисления железа, кремния, марганца, углерода и других элементов, входящих в состав стали. Железо окисляется но реакции Fe+O→FeO, образуя закись железа, которая способна растворяться в железе в значительном количестве (см. гл. IV). Образующаяся закись железа FeO окисляет находящиеся в растворенном состоянии кремний и марганец, а также углерод, содержащийся в соединении Fe₃C, по реакциям:

Окислы MnO и SiO₂ могут оставаться в металле шва при его охлаждении или в лучшем случае всплывать наверх и переходить в сварочный шлак.

При уменьшении в сварочной ванне кремния, марганца и углерода удаление растворенной закиси железа FeO может приостановиться, а избыток кислорода (в виде закиси железа) в наплавленном металле поведет к ухудшению его механических свойств. Особенно понижается вязкость металла шва, поэтому соединения, выполненные газовым пламенем с избытком кислорода, не могут работать длительное время на циклическую нагрузку. Другим недостатком применения окислительного пламени является разбрызгивание металла при сварке из-за выхода из сварочной ванны образовавшегося газа СО по реакции, рассмотренной выше.

При сварке нормальным пламенем сварочная ванна и присадочный металл контактируют с газами CO и H₂, образующимися во второй зоне пламени. Окись углерода СО не успевает, как правило, химически взаимодействовать с элементами стали ввиду ее малого количества.

Водород способен при высоких температурах нагрева растворяться в железе и при охлаждении сварочной ванны вновь выпадать из раствора, поступать в третью зону пламени и сгорать с образованием паров воды. Низкоуглеродистые стали при сварке нормальным ацетилено-кислородным пламенем не ухудшают этих свойств под влиянием газов CO и H₂ в тех случаях, когда скорости охлаждения металла шва низкие.

Большую опасность водород, образующийся в пламени, представляет при сварке меди, алюминия и некоторых высоколегированных сталей, вызывая "водородную болезнь" (растрескивание) и пористость шва. Для сварки этих металлов требуется соблюдать соответствующие условия (см. гл. XVIII).

При сварке науглероживающим пламенем сварочная ванна контактирует с газами CO, H₂ и углеродом C₂. В этом случае как газ СО, так и твердый углерод С реагируют с железом, образуя карбиды железа по реакции 3Fe+С=Fe₃C и 3Fe+2CO=Fe₃C+CO₂, т. е. происходит науглероживание металла шва.

Особенно рекомендуется применять науглероживающее пламя при сварке чугунов.

При газовой сварке зона термического влияния в сварных соединениях распространяется на ширину от 8 (малые толщины листов) до 25 мм в обе стороны от шва.

1. Какие зоны характеризуют ацетилено-кислородное пламя?

2. Перечислите виды ацетилено-кислородного пламени.

3. Почему окислительное ацетилено-кислородное пламя не рекомендуется при сварке сталей?