Az acélhegesztés fizikai-kémiai folyamatai 9631064158 [PDF]

Zitiervorschau

ll

Dr Túri Aladár

AZ FIZIKAI-KÉMIAI FOLYAMATAI t

DR. TÚRI ALADÁR

Az acélhegesztés fizikai-kémiai folyamatai

DR. TÚRI ALADÁR oki. kohóm ém ök, a műszaki tud. doktora

Az acélhegesztés fizikai-kémiai folyamatai

MŰSZAKI KÖNYVKIADÓ, BUDAPEST, 1986

Szakmailag ellenőrizte DR. BÖDÖK KÁROLY oki. gépészmérnök

KOPASZ LAJOS oki. vegyészmérnök

© Dr. Túri Aladár; Budapest, 1986

ETO: 621.79 ISBN: 963 10 6415 8

Felelős szerkesztő: Makk Attila oki. gépészmérnök

Kiadja a Műszaki Könyvkiadó Felelős kiadó: Fischer Herbert igazgató i Révai Nyomda Egri Gyáregysége Felelős vezető: Horváth Józsefné dr. A szedés a Műszaki Könyvkiadó Composer részlegében készült Műszaki vezető: Kőrizs Károly —Műszaki szerkesztő: Kaszala József A könyv ábráit rajzolta: Pattantyús Á. István A k-önyv formátuma: A5 ~ ívterjedelme: 9 (A5) - Ábrák száma: 88 Papír minősége: 80 g. ofszet - Betűcsalád és -méret: Press Román 10/11' Azonossági szám: 42172 - MŰ: 3877-k-8689 Készült az MSZ 5601 és 5602 szerint A kézirat lezárva: 1984. szeptember

Tartalomjegyzék

B evezetés................................................... ............................... .. .................................. 1. A fizikai-kémiai folyamatok körülményei hegesztéskor, a hegesztési övezet k ö z e g e i..................................................... ................................................... 1.1. 1.2. 1.3. 1.4.

7 •« 11

A fizikai-kémiai folyamatok körülményei hegesztéskor................................ G ázfázis............................................................................................................. Salakfázis......................................................... ............................................... F ém fü rd ő .......................................................■.................................................

11 12 15 21

2. Az olvadt fém, a gáz és a salak közötti folyamatok ..............................................

23

2.1. A kémiai folyamatok feltételei........................................................................ 23 2.2. Gázok oldódása és kiválása a hegfürdőben .................................................... 28 2.2.1. Oxigén a heganyagban........................................................................... 29 2.2.2. Nitrogén a heganyagban........................................................................ 31 2.2.3. Hidrogén a heganyagban........................................................................ 34 2.2.4. Gázok kiválása a heganyagban, gázzárvány-képződés ....................... 36 2.3. Oxidációs folyam atok................................................................................ . 38 2.4. Dezoxidációs folyamatok és oxidzárvány-képződés...................................... 42 2.4.1. Dezoxidáció kondenzált termékek képződésével................................ 43 2.4.2. Diffúziós dezoxidáció..................................................................... - 46 2.4.3. Dezoxidáció gáztermékekképződésével............................................... 48 2.4.4. Oxidzárvány képződése....................................................................... 49 2.5. Raffínálási folyamatok .................................................................................... 51 2.5.1. Kéntelenítés. . ...................................................................................... 51 2.5.2. Foszfortalanítás .................................................................................... 55 2.5.3. Hidrogéntele ni té s ........................................... ........................................ 57 3. A hegesztési eljárások fizikai-kémiai folyamatai. A hozaganyagok és a varratok tulajdonságai.............................................................................................................. 3.1. Bevontelektródás hegesztés.............................................................................. 3.1.1. Az elektródabevonatok és anyagaik.............. ..................................... 3.1.2. Oxidáló bevonatú elektródák fo ly am ata i.......................................... 3.1.3. Savas és rutil-savas bevonatú elektródák fo ly am atai......................... 3.1.4. Szerves bevonatú elektródák folyamatai............................................. 3.1.5. Rutilos és rutil-bázikus bevonatú elektródákfolyamatai ................. 3.1.6. Bázikus bevonatú elektródák fo ly a m a ta i..........................................

59 59 59 62 69 71 75 83

5

3.2. Fedettívű hegesztés ................................... ....................................................... 94 3.2.1. A fedőporok és a huzalok je lle m z ő i........................ ............................ 94 3.2.2. Folyamatok ötvözetlen acélok hegesztésekor...................................... 104 3.2.3. Folyamatok ötvözött acélok hegesztésekor.........................................114 3.2.4. Hegesztési munkarend hatása a kémiai fo ly am ato k ra....................... 116 3.3. Salakhegesztés....................................................................................................118 3.4. Védőgázas hegesztés. . . . . . . 121 3.4.1. A védőgázok és a huzalok tulajdonságai...............................................121 3.4.2. Folyamatok, a védőgáz és a huzal összetételétőlfüggően ...................129 3.4.3. Hegesztési munkarend hatása a folyamatokra . ................................... 137 Irodalom ........................................................................................................................

139

Tárgymutató .................................................................................................................... 140

6

Bevezetés

Védelem nélkül, csupasz huzallal való hegesztéskor az ív nem stabil, nagy a fröcskölés, a varratot egyenetlen felület, porozitás, nagy oxigén-, nitrogéntar­ talom és zárványosság jellemzi. A nagy oxigén- és nitrogéntartalom miatt a mechanikai tulajdonságok — főleg a képlékenység és a szívósság —sokkal roszszabbak, mint a hengerelt, alakított acélé ( 1 . táblázat). Az oxidáció következtében a huzal és az alapanyag varratba átmenő részéből a szén, a szilícium, a mangán nagymértékben, a króm részben kiég ( 2 . táblázat). Ezért védelem nélkül hegesztve a varrat szükséges alakja, felületi minősége, szükséges összetétele, ötvözése, mechanikai tulajdonságai nem való­ síthatók meg. Az alakítással készült alapanyaghoz viszonyított jó minőségű varrat ké­ szítéséhez szükséges a hegesztőív technológiai tulajdonságainak nagymértékű javítása, a leolvadó huzal és a hegfürdő levegővel szembeni védelme, az ötvözési, és a dezoxidációs feltételek létrehozása és a hegfürdő raffinálása. Ezek heL táblázat Ötvözetlen csillapított hengerelt acél védelem nélkül, és bázikus bevonatú elektródával képzett ötvözetlen ömledékének oxigén- és nitrogéntartalma és mechanikai tulajdonságai

Vizsgált mutató

Oxigéntartalom . % Nitrogéntartalom, % Szakítószilárdság, MPa Szakadási ny'-i'^s, % Hajlítási szög,*" ' fok Átmeneti hőmérséklet, t t k v 2S, ° c

Ötvözetlen, csillapított acél

0,008-ig 0,005...0,010 350...450 22...26 180 +20

őtvözetlen ömledék védelem nélkül hegesztve 0,10...0,15 0,10...0,20 340...400 5...10 20 ...4 0 : »

+20

bázikus bevonatú elektródával hegesztve 0,02...0,04 0,010...0,025 450...650 25:..30 180 -4 0

7

2. táblázat Szén, mangán, szilícium és króm kiégésének mértéke védelem nélküli hegesztéskor C = 0,18 %, Mn « 1 %, Si « 1 %, Cr = 1 % tartalmú huzal A kiégés mértéke, % c

Mn

Si

Cr

65...70

30...35

35...50

5...10

gesztőelektródák bevonatával, portöltetű huzalok töltetével, fedőporral, védő­ gázzal érhetők el. A védelem, a szükséges fizikai-kémiai és technológiai folya­ matok feltételeinek létrehozásával készíthető olyan varrat, amelynek jellemzői megközelítik az alakított alapanyagét ( 1 . táblázat). Az alapanyag gyártásakor az előírt tulajdonságokat meghatározó tech­ nológiai folyamatok, az acélgyártás, alakítás és hőkezelés paraméterei gyakor­ latilag kívánt módon és mértékben szabályozhatók. Az alapanyag tulajdonsá­ gait meghatározó fő tényezők - az összetétel, a szövetszerkezet, a nemfémes zárványok mennyisége és megjelenési formája - kellően irányíthatók. A varratfém alapvető eltérése az alapanyaghoz viszonyítva, hogy a szö­ vet mindig öntött szerkezetű és jelentősen durvább és zárvány osabb, a zárvá­ nyok megjelenési formája és eloszlása kedvezőtlenebb. Ezenkívül a hegesztés részben technológiai adottságai m iatt a varratképzést jellegzetes meghibáso­ dási valószínűség, salak- és gázzárványok, varratalakhibák, repedések képző­ dése kísérheti. A hegesztőeljárás és hegesztőanyag technológiai tulajdonságait, a varratfém összetételét meghatározzák a hegesztési övezetben végbémenő fizikai-kémiai folyamatok. Az ívhegesztés fizikai-kémiai folyamataira jellemző, hogy nagy hőmérséklethatárok és rendkívül rövid idő alatt mennek végbe. Az ívgáz hőmérséklete eléri a 7500 °C-ot. A leolvadó huzalcsepp felületi hő­ mérséklete elérheti a vas forráspontját, 2800 °C-ot. A hegfürdő hőmérséklete szűkebb határok között van, 1900 °C-tól a dermedési hőmérsékletig terjed, a reakcióidő viszont egy-két nagyságrenddel nagyobb, mint az ívben. Nagymér­ tékben eltér a reakciófelületek nagysága is, a fajlagos értékük a hegfürdőben jelentősen kisebb, mint az ívben. A reakciófelület és az idő jelentős, a hőmér­ séklet kisebb mértékben függ az áramerősségtől és az ívfeszültségtől. A fizikai-kémiai folyamatok és közegei a varratfém tulajdonságain kívül meghatározzák a hegesztőeljárás és a hegesztőanyag technológiai tulajdon­ ságait is; az ívstabilitást, varratformálást, salakleválást, gázzárvány- és repedés­ képződési hajlamot stb. Ezekből következik, hogy a varrat minőségét meg­ határozó hegesztési fizikai-kémiai és technológiai folyamatok sokkal bonyo­ lultabbak az alapanyaggyártásénál és kisebb mértékben irányíthatók. Ezért a megfelelő varratminőség eléréséhez a fizikai-kémiai és technológiai folyama­

8

tok részletes és összefüggő ismeretére, és ezek tudatos alkalmazására van szükség. Ezekből kiindulva a könyv az általános és alapösszefüggések ismertetése alapján részletesen tárgyalja az egyes hegesztőeljárásokra és hegesztőanya­ gokra vonatkozó fizikai-kémiai folyamatokat, hatásukat a hegesztőeljárás, a hegesztőanyag technológiai tulajdonságaira, a keletkezett ömledék összeté­ telére és a mechanikai tulajdonságaira. Célja olyan elméleti és gyakorlati isme­ retanyag adása, amely lehetőséget nyújt a varrat előírt tulajdonságainak meg­ valósítására, a hegesztőeljárás, hegesztőanyag és hegesztési munkarend fizikaikémiai folyamatok törvényszerűségeivel megalapozott megválasztására. Alkalmas továbbá a hegesztéskor fellépő hibák olyan elemzésére, amelyek során eljuthatunk a jelenség okainak és összefüggéseinek megállapításához, a hibák megelőzési módjához.

9

1. A fizikai-kémiai folyamatok körülményei hegesztéskor, a hegesztési övezet közegei 1.1. A fizikai-kémiai folyamatok körülményei hegesztéskor Adott kémiai reakció lefolyását a termodinamikai és kinetikai feltételek együttesen határozzák meg. Termodinamikai feltételek: kémiai affinitás, kon­ centráció és hőmérséklet. Kinetikai feltételek: a reakciófelület, időtartam, a reakcióban részt vevő alkotók odavezetési és a termékek eltávozási sebessége. A termodinamikai feltételek meghatározzák, hogy a jelenlevő adott mennyiségű alkotók között az adott hőmérsékleten végbemehet-e folyamat és ez milyen irányú. A kémiai affinitás az alkotó jellemzője, A kiindulási kon­ centrációt a hegesztő- és az alapanyag, a tényleges koncentrációt ezenkívül a kémiai folyamatok határozzák meg, A hőmérséklet övezetenként nagymértékben eltér. Az ívgáz hőmérsék­ lete az ív középvonalában összetételtől függően 5000...7500 °C. Az ívben át­ menő, leolvadó huzalcseppek átlaghőmérséklete 2200...2600 °C, a felületen a 2800 °C-ot is elérheti, a hegfürdő elülső részén 1900 °C, a végén az acél der­ medési hőmérsékletén van. Ezekből következik, hogy az ívben megolvadó hozagany ágnál a hegfürdő elején és a dermedésben levő végén a termodinamikai feltételek nagymértékben eltérnek. A kinetikai feltételek meghatározzák a termodinamikailag végbemenő folyamatok sebességét., Mivel hegesztéskor..főleg az ívben —a rövid reakcióidők miatt a folya­ matok nem mennek az egyensúlyi állapotig, így ezek meghatározzák a reak­ ciók végbemenetelének mértékét is. A kinetikai törvényszerűségek nincsenek olyan mértékben kidolgozva, mint a termodinamikaiak. Az ismeretek nyugvó rendszerekre vonatkoznak, eltérően a hegesztéstől, ahol a reakcióban részt­ vevő fázisok intenzív lamináris, ill. turbulens áramlásban, keveredésben van­ nak. így a reakcióban résztvevő alkotók odavezetését és a termékek eltávozá­ sát, a diffúziós és zárványfelúszási törvények alig határozzák meg. A hegesz­ tési feltételeknél a kinetikai paraméterek közül jól értékelhető a reakciófelü­ let és a reakcióidő hatása, ezek a hegesztési munkarendtől jelentősen függnek. A reakciófelület nagysága az olvadt fém-, salak-, és gázfázis között az ívben és a hegfürdőben jelentősen eltér. Az elektródáról le olvadó fémese ppek

11

átmérője zömében 0,5...3 mm. A fémcseppek és a fürdő fajlagos felülete (felület/térfogat) az ívben 5...30-szor nagyobb, mint a hegfürdőben. A reakcióidő az ívben a cseppképződés és az íven való átmenet idejéből áll, általában 0,02...2,0 s. A hegfürdő létidejének szélső értékei bevontelektródás ívhegesztés és fedettívű hegesztés esetén 2...30 s; a kisebb érték bevont elektródához, a nagyobb fedettívű hegesztéshez tartozik. Az ívben a reakció­ idő 20...250-szer kisebb, mint a hegfürdőben. A reakcióban résztvevő alkotók odavezetési és a képződő termékek eltá­ vozási feltételei az ívben jelentősen kedvezőbbek, mint a hegfürdőben. Ez az ívben a cseppek nagyobb fajlagos felületéből és az ívgáz, a salak és a fémcsep­ pek erőteljes keveredéséből adódik. . Ezekből következik, hogy a kémiai folyamatok során a termodinamikai tényezők közül a hőmérséklet, a kinetikai tényezők közül a reakciófelület és az idő a meghatározó. Ezért a folyamatok az ívben intenzívebben mennek végbe, mint a hegfürdőben. A reakciófelület, a reakcióidő és a hőmérséklet függ az ívfeszültségtől és az áramerősségtől. A folyamatokban részt vevő fázisok száma, mennyiségük és koncentrációjuk a hegesztőeljárástól, a hegesztő- és az alapanyagtól függ.

1. 2. Gázfázis A hegesztési övezetben gázfázison az adott övezet hőmérsékletén gázállapot­ ban levő anyagot értjük. Ennek megfelelően az ívbe került és ennek hőmér­ sékletére (5000...7500 °C~ra) hevült hegesztőanyag (huzalfém, fedőpor) teljes mértékben gáz állapotú, amíg az alacsonyabb hőmérsékletű része folyadék. Az ívhőmérsékleten a gázok egy része már plazmaállapotú (1. ábra). A gázfázist képződése szempontjából osztjuk fel. Eszerint vannak — környezeti hőmérsékleten gáz állapotú anyagok (C 0 2 , hidrogén, nit­ rogén stb.); — fémgőzök, amelyek az ívben az adott alkotó forráspontja feletti hő­ mérsékleten léteznek és főként hegesztőhuzalból képződnek; — salakképzők és disszociációs termékeik gőzei, amelyek az ívben képződnek. A környezeti hőmérsékleten gáz állapotú anyagokat az elektródabevo­ natban, a huzal töltőporában, az agglomerált fedőporban levő gázképző alko­ tók disszociációs termékei adják, ill. kívülről viszik be védőgázként. Gázképző még - !bár nem meghatározó jelleggel — a hegesztőanyagok nedvességtartalma, a hegesztőhuzalon és alapanyagon esetleg jelenlevő rozsda és szerves szennye­ zők, pl. szappan, olaj. Olvasztott fedőporok nem tartalmaznak gázképző

/. ábra

Az elemek ionizációjának ot hányada a t hőmérséklet függvényében

t{v az ívgáz hőmérséklete

anyagokat. A hegesztőív és hegfürdő övezetében a gázfázist képező alkotók: C 02 , CO, H2 0 , H2, 0 2 és N2. Gázforrások még az acél összetevői között vég­ bemenő folyamatok, amelyek eredményeként CO, C 02 , S 0 2, H2S és H20 képződik. Ezek mennyisége — a CO-t és C 0 2-t kivéve - nem meghatározó. A szén-dioxid a bázikus és rutil-bázikus elektródabevonatban, porbeles huzalok töltetében és — ritkán — agglomerált fedőporokban levő karbonátok disszociációs terméke, ill. kívülről viszik be védőgázként. A szén-monoxid az eiektródabevonat, a huzaltöltőpor szerves alkotójának és a szén-dioxid disszo­ ciációs terméke. A vízgőz a hegesztőanyagok nedvességéből és a rozsdából képződik. A hidrogén az elektródabevonat és huzaltöltőpor szerves alkotói­ nak, továbbá a víznek és a rozsdának disszociációs terméke. Az oxigén a szén­ dioxid ívben való disszociációjából és a levegőből nitrogénnel együtt kerül az ívatmoszférába. A fém gőzök mennyisége elérheti a 2 0 %-ot, esetleg nagyobb értéket is. A fémgőzök összetétele és mennyisége a hegesztőhuzal összetételétől függ. Mangán-szilícium ötvözésű huzallal való hegesztéskor a vas-, a mangán- és a szilíciumgőz számított parciális nyomása a hőmérséklet függvényében a 2 . áb­ rán látható. A fémgőzképződés mértéke az adott elem huzalban levő mennyiségéhez viszonyítva legnagyobb a mangánnál, amelynek forrási hőmérséklete (2150 °C) jelentősen kisebb a vas és a szilícium forrási hőmérsékleténél (2830 °C, ill. 2630 °C).

13

2000

2200

2400

2600

2800 t, °C

2. ábra A vas-, a mangán- és a szilíciumgőz p£ összes és nyomása a t hőmérséklet függvényében

p ^ n és Psi parciális

A huzal összetétele Si = 0,97 %; Mn = 1,97 %

A salakképzők a forráspontjuk felett közvetlenül molekuláris állapot­ ban vannak, majd a hőmérséklet növekedésével disszociálnak összetevőikre. Például fedettívű hegesztés esetén a huzal anyagát tiszta vasnak véve, 50 % Si0 2 és 50 % MnO összetételű fedőport használva az ívgáz 70...80% vasgőz­ ből, a többi mangán- és szilíciumgőzből és oxigénből áll. Az összetétel számí­ tott értékeit hőmérséklettől függően a 3. ábra szemlélteti.

\, °c 3. ábra A fedőpor MnO és Si02 alkotói disszociációjából keletkezett mangán, szilícium és oxigén /?Mn, pej és pQ parciális nyomása az ívgázban, a hőmérséklet függvényében fedettívű hegesztes eseten

14

1.3. Salakfázis A salak az elektródabevonatok, huzaltöltőporok és fedőporok megolvadásá­ ból, továbbá nem meghatározó részben a leolvadó huzalfém és hegfürdő oxidációs és dezoxidációs termékeiből képződik. A salakolvadék felépítésére két elmélet van; a molekula- és az ionelmélet. A molekulaelmélet szerint az olvadt salak szabad és kötött oxidokból álló, ideális molekuláris oldat, amely fémek kationjaiból és nemfémes elemek, ill. oxidjainak anionjaiból áll. Eszerint a szabad és kötött fémoxid molekulái egymás között meghatá­ rozott dinamikus kémiai egyensúlyban vannak, a fémmel azonban közvetlenül csak a szabad oxidok lépnek reakcióba. A molekulaelmélet nem tagadja az ionok jelenlétét, de ezeknél alárendelt szerepet tulajdonít. A z ionelmélet szerint az olvadékban a salak ion felépítésű, minden kation anionokkal van körülvéve. Az ionfelépítést bizonyítja a salakolvadék elektromos vezetőképessége, amelynél az elektrolitekhez hasonlóan a vezetőképesség a hőmérséklettel nő. Az ionelmélet lehetőséget ad a reakciómecha­ nizmus olyan értelmezésére, amely a molekulaelméletből nem következik. A kémiai reakciók molekula- és ionelmélet összehasonlítására a fedett­ ívű hegesztés legjellemzőbb reakcióját, a hegfürdő Si02-dal való oxidációját hozzuk fel példaként. A molekulaelmélet alapján a vassal való reakció felírható Si0 2 +

2

Fe

2FeO -f Si.

A reakcióban a vas oxidálódik, az Si0 2 redukálódik. A képződő FeO át­ megy a hegfürdőbe és a salakba, a szilícium a hegfürdőbe megy át. Az egyen­ let kifejezi a reakcióba lépő és a képződő termékeket molekuláris formában, de nem ad választ a reakció mechanizmusára,, mivel a reakció ionos állapot­ ban megy végbe. A Si0 2 a megolvadást követően salakban Si4+ kationból, két O2" anionból és egyéb összetevőktől függően Si4+ kationból és gyűrűs szilikátanionok sokaságából áll. Ilyen ainonok pl: SÍO4 ', SiO2", Si2 Ol", Si2 0 7 _, Si3 0 9 “ Si4 Ofi stb. Ez a molekuláris reakcióegyenlet ionegyenletben felírható, pl. Si4+ + Si04‘ + 4Fe° -►4Fe2+ + 4 0 2’+

2

Si°.

Hasonló reakciók a felsorolt anionok bármelyikével végbemehetnek. Hegesztéskor ez tovább bonyolódik azzal, hogy a hegesztési övezetben a hő­ mérséklet széles határok között változik és eléri a 7500 °C-ot, amely hőmér­ sékleten az anionok már teljesen elbomlanak. Ezért a reakciók tényleges ionmechanizmusa a hegesztésnél nem ismert annyira, hogy azt a folyamatok tár­ gyalásához és számításához érdemben felhasználnánk. Általános alakban az

15

ionreakció azonban felírható a részt vevő elemekre bontva Si4+ +

2 0

2" + 2Fe° -> 2Fe2+ + 2 0 2' + S i°.

A folyamat jellege alapján oxidáció 2Fe° —4e redukció Si4+ 4- 4e

2Fe2+, S i°.

A molekulaelméletet jelentősen nagyobb mértékben dolgozták ki a folyamatok és az egyensúlyi állapotok magyarázatához, ez a gyakorlati alkalmazás szempontjából ked­ vező és eléggé teljes képet ad. A továbbiakban ezért a salakok kémiai és fizikai folyama­ tait a molekulaelmélet alapján tárgyaljuk. A hegesztési salakok általában többalkotós rendszert képeznek. A leg­ jobban elterjedt salakok alapját képező kétalkotós rendszerek a 4. ábrán lát-

Q)

ábra

Kétalkotós salakok állapotábrája

' folyékony fázis

16

hatók. A salakok összetétele olyan, hogy a dermedési hőmérsékletük alacso­ nyabb legyen az ömledék dermedési hőmérsékleténél. Ez a feltétel Si0 2 -MnO alapú salak esetén Si0 2 ^ 52...70 %, MnO « 48...30 %-nál közelíthető (4a áb­ ra). Ez az ötvözetleri acélok hegesztéséhez legjobban elterjedt salakrendszer. A növelt Si0 2 tartalom miatt ez a salak üvegszerű. Ötvözött acélok hegesztési salakjai A12 0 3 -CaO-ra épülnek, amelynek kétalkotós rendszerben vizsgálva a legalacsonyabb a dermedési hőmérséklete CaO 45...50 % tartalom esetén (4b ábra). Ez bázikus jellegű és szemcsés szerkezetű. Átmenetet képez a C a 0 -S i0 2 rendszer, amely dermedési hőmérséklete nagyobb még a legkedvezőbb összetétel esetén (CaO = 35 %) is (4c ábra). A dermedési hőmérséklet további csökkentésére és egyéb tulajdonságok szabályozására mindegyik tartalmaz folypátot és egyéb alkotókat is. A savas üvegszerű salakoknak azonban nincs meghatározott dermedési hőmérsékletük. A dermedés hőmérséklet-tartományában a viszkozitás előbb lassan,majd foko­ zottan nő. A bázikus salakok dermedési hőmérséklet-tartománya kisebb. A sa­ vas salakok viszkozitása - főleg növelt Si02-tartalom esetén - teljesen meg­ olvadt állapotban nagyobb, mint a bázikusoké (5. ábra). A kisebb hőmérséklet-tartományban dermedő salakot rövidnek, a másikat hosszúnak nevezik. Az előbbiekhez a bázikus, a második csoportba főleg a növelt és nagy S ó ­ tartalmú savas salakok tartoznak.

t, °c 5. ábra Bázikus és savas salak tj viszkozitása a t hőmérséklet függvényében ----------— bázikus (rövid) salak, B - 1,4 ------------savas (hosszú) salak, B ~ 0,7

17

A hegesztési salakok szerkezetük alapján összetételtől függően az üveg­ szerűtől a teljesen szemcsés szerkezetig terjednek. Az üvegszerűek a növelt S i0 2 -tartalmúak, A bázikusság növekedésével vegyes üvegszemcsés lesz a szer­ kezet. A növelt bázikusságú és folypáttartalm ú salakok szemcsés szerkezetűek. A kémiai hatása szempontjából összetevői alapján a salak lehet — bázikus; — semleges; — savas. Az összetevők közül bázikusak: CaO, MgO, Na 2 O, K 2 0 , semlegesek: A12 0 3 , Fe 2 0 3 , Cr2 0 3, V 2 0 5 , savasok: S i0 2 , TiÖ2, P2 0 5 . A semlegesek nagyon savas oxidokkal szemben bázikus jelleget tanúsítanak és fordítva. A salak kémiai jellege első megközelítésben kifejezhető a B * bázikus m u­ tatóval, a bázikus és savas oxidok (MeO)g és (MeO)s mennyiségének arányával r/

0*°> B

(MeO)s

'

°

A B- > 1 értéknél a salakot bázikusnak, @ < 1-nél savasnak minősítik. Ez a meghatározás csak megközelítő értékelésre alkalmas, m ert nem fejezi ki az összetevők aktivitását, a kémiai folyam atokban részt vevők arányát. Az ( 1 ) m utató alapján adott salak pl. savasnak m inősíthető, de ha ez gyengén savas és erősen bázikus összetevőkből áll, a salak bázikusan viselkedik. Vagyis: a fi­ zikai-kémiai folyamatban a bázikus oxid reakciója a meghatározó. Ezért fon­ tos annak ismerete, hogy az összetevők szabad állapotban vagy komplex vegyületben lekötve vannak-e jelen. Figyelembe véve az egyes alkotók kom p­ lexképződési affinitását és a szabad oxidok aktivitását a. bázikussági érték ki­ számításához a következő képletek adnak jó megközelítést: a 0 m utató moláris részben számolva

CaO+0,59MgO+l,04(K204-Na20)4-0,48 CaF2-fO,5(MnO+FeO) S i0 2 +0,5 (Alj 0 3 + T i0 2 + Z r0 2)

'

(2) aItíJmutató tömeg%-ban számolva ^

CaC>+0,83MgO+0,33CaF 2+0,78(Na20+K 2C))+0,39(MnO+FeO) 0,95 Si02 +0,28(A120 3+T í0 2+Zr02 )

(3 ) 18

A kémiai jellegzetességek közül meghatározó az oxidáló, dezoxidáló, ötvöző és raffináló tulajdonság, továbbá a fürdőben levő oxidok lekötését és kiválását elősegítő fizikai-kémiai jellegzetesség. Mivel a dezoxidáló, ötvöző és részben a raffináló tulajdonság az oxidáló hatástól függ, ezért a fedőpor fő kémiai jel­ lemzője az oxidáló hatása. Az oxidáló hatást meghatározza a kis stabilitású oxidok mennyisége és előfordulási formájuk, elsősorban a S i0 2 és a MnO. A mennyiséget az összetétel, az előfordulási foirnát a B bázikus m utató fe­ jezi ki. A bázikus m utatón keresztül kifejezhető a fedőpor oxidáló aktivitása, amelynek alapján a fedőporok osztályozhatók. A legnagyobb vegyi aktivitása, oxidáló képessége a S i02- és a MnO-tartalmú fedőporoknak van. Ezek növelé­ sével nő a fedőpor oxidáló hatása. Minél nagyobb a S i0 2 és a MnO-tartalom, annál nehezebb ötvözni a varratfémet e fedőporok alatt. A CaO, MgO, A12 0 3, CaF 2 az acél ötvözőivei és a vassal nem lép vegyi reakcióba. Meghatározzák azonban a salak fizikai és kémiai jellemzőit, a visz­ kozitást, komplex vegyületképzést, amelyeken keresztül közvetve hatnak a technológiai és a kémiai folyamatok jelentős részére. 6. ábra A CaO MnO és S i0 2 aktivitása C a 0 -S i0 2 és M n0--Si02 salakban a S ó ­ tartalom függvényében ; a CaO; 2tfMnO; 3 # S i0 2 >C a 0 - S i0 2 rendszerben; 4 #Si02 MnO- S i0 2 rendszerben

Si02, mól

A CaO és a MnO csökkenti a S i0 2 aktivitását ( 6 . ábra). A T i0 2? de fő­ leg a CaF 2 csökkenti a salak viszkozitását teljesen olvadt állapotban és a der­ medés! hőmérsékletét. Az oxidokból álló fedőporok acélhoz viszonyított a 0 oxidáló aktivitása kifejezhető a fedőpor S i0 2 - és MnO-tartalmával és a B bázikus mutatójával S i0 2+ 0 ,4 2 £ 2 -Mn0 1005

(4)

A z aQ fedőporból képződő salak oxigénion-koncentrációjával arányos jellemző.

19

O qi

^oiv*

°/o

7. ábra Az ömledék oxigéntartalom a fedőpor aO oxidáló aktivitásától függően

8. Az alkalmazható legnagyobb Anax áramerősség irány értékei a fedőpor f0lv olvadáspontjától függően

Olyan agglomerált fedőporoknak, amelyek tartalmaznak dezoxidáló alkotókat (pl. fémes állapotban szilíciumot, titánt), az oxidáló hatásuk kisebb, mint a (4)-gyel meghatározott érték. Az ömledék oxidáltsága és az a0 mutató között korrelációs összefüggés van. Őtvözetlen és gyengén ötvözött ömledék oxigéntartalma és az a0 mutató közötti összefüggést a 7. ábra szemlélteti. A varratformáló képességnek fokozott jelentősége van bevontelektródás és portöltetű huzallal való kényszerhelyzetű hegesztéskor, nagy tömegű heg­ fürdő esetén fedettívű hegesztés során. A varratformálás legkedvezőbb a növelt S i0 2 - és MnO-tartalmú fedőpo­ rokkal, és a bázikus mutató növekedésével romlik. Az áramerősség növelésével magasabb olvadáspontú semleges és bázikus fedőporok a kedvezőbbek ( 8 . áb­ ra). A megengedhető legnagyobb áramerősség a fedőpor olvadáspontjával nő. A nagyobb értékek növelt A12 0 3- (30...40 %) tartalmú fedőporokra vonat­ koznak.

9. ábra

A hegfürdőből kiváló gázók elhelyezkedése a salakban

a) hígfolyós (rövid) salakban; b) viszkózus (hosszú) salakban I ömledék, II salak, III gázzárvány 1 szüárd réteg, 2 sűrű réteg, 3 hígfolyós réteg

A varratformáló és a gázáteresztő képesség a következőkkel magyarázható. A salak a levegővel és az alapanyaggal érintkező felületeknél éri el előbb a dermedési hőmérsék­ letet. A felület megdermedésével a hegfürdőhöz viszonyítva öntőformát képez. Ezzel be­ határolja a varratalakot. A belső réteg rövid salak esetén hígfolyós (9 a ábra), hosszú salak esetén sűrű ebben az állapotban (9b ábra). Rövid salak esetén a hegfürdőben kiváló gáz behatol a salakba, ezen átmegy, ill. benne marad. A sűrű salak csak kismértékben engedi be a gázt, és ez felületi, ill. belső porozitást idéz elő a varratban.

A salak és a hegfürdő fém jének különválását jelentős mértékben megha­ tározza a salak sűrűsége és felületi feszültsége. A sűrűség 20 °C-on 3,3... ...4,0 g/cm3, ami félannyi sincs, mint a vasé. Az alsó és ehhez közeli értékek növelt S i0 2 -> CaO-, MgO-, a felső nagyobb MnÓ-tartalomnál vannak. A viszkozitás hőmérséklettől való függése, a salak dermedési hőmérsék­ lete a fizikai tulajdonságok közül a lényegesebb. Ettől függ elsősorban a var­ ratképzés, a beolvadás mértéke és a gázeltávolodás. A salakok viszkozitása a hőmérséklet csökkenésével fokozatosan nő, a dermedés hőmérséklet-tartományban megy végbe. A viszkozitás a varratkép­ zés szempontjából alapvetően meghatározó tulajdonság. A jó varratképzés kö­ vetelménye, hogy a salak dermedési hőmérséklete 1300 °C alatt, 250... 300 °C-kal alacsonyabb hőmérsékleten legyen, mint az acélé, A varratformáló képesség r?la területből ( 1 0 . ábra)

21

10. ábra Vázlat az A h huzalból, az A a alapanyagból képződó' varratfém részarány meghatározásához

A kémiai folyamatok eredményeként az adott elem Cv tényleges (valódi) kon­ centrációja a varratban eltér az (5) képlettel megállapítottól. A tényleges kon­ centráció a ju átm eneti tényezőtől függ. A ju átmeneti tényező kifejezi, hogy az adott alkotónak mekkora hányada ment át a huzalból és az alapanyagból a varratba, számszerűleg a tényleges és kiindulási koncentráció aránya H_

Cy _ _ _ _ _ _ Cy_ _ _ ____

(6)

Mivel a reakciók körülményei az ívben és a hegfürdőben nagyon eltérnek, így eltérnek a fa ívre és a Mf 'hegfürdőre vonatkozó átmeneti tényezők érté­ kei is. Ezek összefüggése = MfÍMi mCh + nC&) ^

mCfo + nC&

Az alkotó átm enetét meghatározzák a fizikai-kémiai folyamatok és fő para­ métereik, az alkotó kémiai affinitása, a hőmérséklet, a reakciófelület és -idő. Az affinitás anyagjellemző, az utóbbiak hegesztési paraméterektől függők, így az átmeneti tényezők anyag- és technológiai jellemzők. Az ívre vonatkozó jUj mindig kisebb, m int a fürdőre vonatkozó £tf és a teljes (X átmeneti tényező. Az értékeik az alkotó oxigénhez való affinitásuk növekedésével csökkennek. A hegfürdőben a hőmérséklet adott, technológiai paraméterektől gya­ korlatilag nem függ. A reakciófelület és -idő elsősorban a hőbeviteltől, a kötés típusától és vastagságától függ. A reakciófelület és -idő a fürdőben az áram­ erősséggel fokozatosan nő, az ívfeszültséggel alig változik, a hőelvonás növelé­ sével csökken. Bevontelektródás hegesztés esetén - mivel a hegesztési paraméterek adott átmérőre gyakorlatilag állandók - az adott alkotó átm eneti tényezője bevonattípusra jellemző. így pl. mangánra oxidáló bevonattípusra ju^n = = 0,05...0,10, bázikus bevonattípusra = 0,45...0,55. A bevonattípus meghatározza az ömledék és a varratfém összetételét, ötvözését. Portöltetű huzallal hegesztve, fedettívű és aktíwédőgázas hegesztéskor az átmeneti tényező az áramerősséggel és ívfeszültséggel széles határok között változik, így nagymértékben függ a technológiától. Ezért az ömledék, a varrat­ fém kellő összetételének megvalósításához, ötvözéséhez ismerni kell az átme­ neti tényező összefüggését az áramerősséggel és az ívfeszültséggel.

22.

2. Az olvadt fém, a gáz és a salak közötti folyamatok

2.1. A kémiai folyamatok feltételei Az alkotók kémiai reakcióba lépési készségét a vegyi affinitásuk határozza meg. A vegyi affinitást a folyamatban végbemenő szabadenergia-csökkenés jel­ lemzi. Minden magától végbemenő folyamat a termodinamikai potenciál csök­ kenésével jár, és az egyensúlyi állapot felé megy. Hegesztési feltételek mellett ez kifejezhető a AG izobárikus potenciálváltozássai. A folyamat magától való végbemenetelének feltétele AG [MeO].

(37)

Közvetlen oxidáció gázfázisú oxigénnel megy végbe, ami a levegőből a szén-dioxid, a vízgőz, és nagyobb oxigéntartalmú alkotók disszociációjából kerül a hegesztőív környezetébe. Közvetlen oxidáció esetén a rendszerben csak az oxigén gázállapotú. Ilyen heterogén rendszerben az egyensúlyi állapotot jellemző K állandó kife­ jezhető az oxigén parciális nyomásával. A p q 2 oxigén parciális nyomásának egyensúlyi állapotot jellemző értékét az o x id P o 2 disszociációs tenziójának nevezik, és felírható a (17) szerint. A tenzió, a rendszerben levő egyetlen gáz­ alkotó koncentrációja egyensúlyi állapotban, kifejezve a nyomás egységében. Minél nagyobb az oxid tenziója, annál kisebb a stabilitása. Mivel minden reakció az egyensúlyi állapot felé törekszik, ezért az oxigén gázfázisban levő P o 2 parciális nyomása és az oxid Pq 2 tenziója arányától függően a fém oxi­ dációs vagy az oxidja disszociációs folyamata megy végbe. Ha P 0 2 ~ PO2 >a^kor egyensúly áll fenn; ha P fy < PO2 >akkor a fém oxidációja folyik; ha^o* > PO2 >akkor az oxid disszociációja megy végbe. A folyamatok annál intenzívebben mennek végbe, mennél nagyobb a P q 2 - P o 2 különbség abszolút értéke.

t, °c 24. ábra Fémoxidok goztenziói a hőmérséklet függvényében, tiszta fém -oxigén rendszerben

39

A legtöbb fémoxid tenziója lényegesen kisebb a levegőben levő oxigén parciális nyomásánál, ezért ezeknek természetes állapota a levegőben az oxidáltság. A hőmérséklet emelkedésével csökken az oxidok stabilitása, amit a P q 2 növekvő értéke jellemez (24, ábra). Az ábra értékei arra az esetre vonat­ koznak, amikor a rendszerben csak egy elem, ennek oxidja és oxigén van jelen. Ha a rendszer több elemet tartalmaz, akkor ezek mindegyike egyidőben oxi­ dálódik, de az oxidáció intenzitása és mértéke eltér. Az egyes alkotók oxidá­ ciós intenzitása egymáshoz viszonyítva meghatározható a I g i ^ tenziós érté­ keik alapján. Azoknak az alkotóknak az oxidációja intenzívebb és nagyobb, amelyek oxidjainak lg i \ ) 2 értéke kisebb az adott hőmérsékleten. A l g / ^ alapján való összehasonlítás az egyensúlyi állapotig végbemenő folyamatokra teljes érvényű. A folyam atot azonban nem jellemzi mindig egyértelműen a lgP o 2 értéke, mivel hegesztéskor a reakcióidők nagyon rövidek az egyen­ súlyi állapot elérése szempontjából. így nem számszerűen, csnpán a folyamat irányainak és arányainak meghatározásához használhatók a lg P o 2 értékek. A 24. ábrából következik, hogy az ívben a leolvadó huzalcseppek 2400 °C átlaghőmérsékletén az oxigénhez való affinitás, az oxidálódás csőkkenő sorrendben a következő; C, Ti, Al, Mn, Si, Fe. A hegfürdő elején 1900 °C-on a sorrend; Al, Ti, C, Si, Mn, Fe. A hegfürdő dermedésben levő részén 1560 °C-on a sorrend: Al, Ti, Si, C, Mn, Fe. A sorban elöl levő elemek oxidációja nagyobb mértékben megy P0J

P0,'

Alkotó, */.

o) 25. ábra függően

a) 1540 °C-on; bj 2300°C -on

40

b)

Fém-oxidok gőztenziói az oxidot adó alkotó vasban oldott mennyiségétől

végbe az őket követőkhöz viszonyítva. A sorrendből következik, hogy az ív­ ben, a hegfürdő elején és a hegfürdő dermedésben levő részén nem azonos az elemek oxidálódási sorrendje, intenzitása és mértéke. Többalkotós ötvözetekben, acélokban az összetevők oxidációját, a P q 2 tenzió értékét befolyásolja még a koncentrációjuk. Az elem vasban levő koncentrációjának növelésével az ívben, a hegfürdő magas hőmérsékletű, és a dermedésben levő részén a lgjPo2 értéke egyaránt csökken, ami növeli az elem oxidálódási valószínűségét (25. ábra). Több alkotó egyidejű jelenlétében az egyes elemek oxidációja nem megy önállóan végbe, a többi hatása is érvénye­ sül. A kisebb lgPo2 értékű oxid fémje oxidálódik nagyobb mértékben. Oxidáció nagyobb oxigéntartalmú oxidokkal acél esetében a hegesz­ tendő anyagon levő revével és az elektródabevonatban levő érccel, revével megy végbe, a következő reakciók szerint Fe 2 0 3 + Fe~* 3 FeO,

(38)

Fe 3 0 4 4-F e-M F eO ,

(39)

M n0 2 + Mn -> 2 MnO.

(40)

A képződő FeO az ömledék és a salak között oszlik meg, a MnO a salakba megy át. Oxidáló bevonatú elektródával ez a folyamat hevesen megy végbe az ívben és kisebb mértékben a reve részét képező felületi oxidokkal a heg­ fürdőben. Cserereakció útján akkor oxidálódik a fém, ha a rendszerben olyan fém­ oxid van jelen, amelynek a gőztenziója az adott hőmérsékleten nagyobb a má­ sikénál. Ilyen pl. a Fe és az O-hez nála nagyobb affinitású alkotók oxidációja, S i0 2-dal és MnO-dal a hegfürdő és salakfázis határán, az ívben és a hegfürdő­ ben, nagyobbrészt az elején (Si02) + 2 F e -* [S i] + 2 [(F e 0 )],

(41)

(MnO) + Fe

(42)

[Mn] + [(FeO)].

A képződő FeO a salakba és a hegfürdőbe, az Si és a Mn a hegfürdőbe megy át. Mivel a reakciókban részt vevő alkotók önálló és különböző fázisokban lehetnek, ezért az állapotukat zárójelekkel a következőkben jelöljük: ( ) salakfázis, salakban oldott állapotban; [] vasban oldott állapotban; { } gázfázis. Az MnO-dal és a Si02-dal végbemenő cserereakció főleg az oxidáló és savas elektródabevonatok, fedőporok jellemzője, amelynek következtében az ömledék kismértékben szilíciummal és mangánnal ötvöződik. Hasonló reakciók mennek végbe ötvözött acélok hegesztésekor, krómmal, titánnal stb., amikor ezek az ötvözök oxidálódnak, amelyek oxidjai nem oldódnak a vasban.

41

Oxid oldódása FeO esetében lehetséges, revéből, rozsdából és a salakban való jelenléte esetén (FeO)

[FeO] .

(43)

A vasban oldódott FeO mennyiségét meghatározza az olvadt vas és a salak közötti megoszlási törvény és jellemezhető az XpeO megoszlási mutatóval (FeO)

Fe0 ~ [FeO] '

t44)

Az Z/Feo értéke függ a hőm érséklettől és a salak bázikus jellegétől. A bázikusság csökkenésével a z L p eo csökken, m ert a S i0 2 megkötia FeO-t, ezzel növeli a salakba való átm enetét. A salak FeO-tartalma növelésével FeO megy át az ömledékbe. Az átm enő FeO mennyisége nő a salak FeO-tartalmával, ez a meg­ oszlási törvényből következik [FeO ] = ^FeO

2.4. Dezoxidációs folyamatok és oxidzárvány-képződés A dezoxidálás csökkenti a vasban oldódott és az acél valamely ötvözőjével k ö tö tt állapotban levő oxigén mennyiségét a hegfürdőben. Az acél dezoxidálási folyamata általános alakban [FeO] 4- [Me] -> (MeO) 4- Fe.

(45)

A folyamat végbemenetelének feltétele, hogy az Me dezoxidáló alkotó MeO oxidjának tenziója kisebb legyen, m int a FeO-é, ill. az ötvöző oxidjáé. A 25. ábrából következik, hogy az acélban a dezoxidáló szerepet betöltheti a C, Si, Mn, Al, Ti, Ca, H2 . A Si, Mn, Al, Ti, Ca avasban nem, de a salakban oldódó kondenzált fázist képező dezoxidációs term éket ad. A C és a H 2 dezoxidációs terméke gázfázisú, amely vasban nem oldódik. A dezoxidáció feltétele a (45) reakció végbemenetelén kívül, a képződő MeO eltávolítása a hegfürdőből. Kondenzált term ék képződésével való dezoxi­ dáció esetén még végbemegy a diffúziós dezoxidálás, amely a FeO salakban való oldódásából áll. Eszerint a salak kis FeO-tartalma esetén a vasból a FeO a salakba megy át a (44) megoszlási törvénynek megfelelően.

42

2.4.1. Dezoxidáció kondenzált termékek képződésével Az ebben a folyamatban képződő termékek a vasban nem oldódnak, ezáltal kedvező esetben jelentős részük a salakba megy át, míg egy részük nemfémes zárvány formájában az ömledékben marad. A kondenzált termékek képződésével végbemenő dezoxidálási folyamat állandója kifejezhető az alkotók koncentrációjával K

(MeO)Fe [FeO] [Me]

(46)

A FeO redukciója eredményeként acélnál a Fe mennyisége gyakorlatilag nem változik és 1-nek vehető. Ezzel számolva dezoxidáláskor az ömledékben mara­ dó FeO meghatározható (MeO) 1 [FeO] - - r r - r ^ • — (47) K [Me] A (47)-ből következik, hogy az ömledékben oldódott oxigén koncentrációja csökken a dezoxidáló Me elem ömledékben levő mennyiségének növelésével és a képződött termék salakban levő koncentrációjának csökkenésével. Mivel a MeO kondenzált termék, a vasban nem oldódik, így koncentrációját állan­ dónak lehet venni és a vasban oldódott [0 ] oxigén és a dezoxidáló elem szor­ zata állandó K' - [0] [Me].

(48)

[03,

43

Ebből következik, hogy a vasban oldódott oxigén és a dezoxidáló elem között koncentrációtól és hőmérséklettől függő egyensúlyi állapot áll fenn. Egyensú­ lyi állapotban a dermedési hőmérséklet közelében az acélban oldódott oxigén és a dezoxidáló elemek koncentrációja közti összefüggést a 26. ábra szemlél­ teti. Az adatok arra az esetre vonatkoznak, amikor csak egy dezoxidáló elem van jelen. Egyszerre több jelenlétében hatásuk összeadódik (27. ábra). A (48) összefüggés, a 26. és 27. ábra alapján megállapítható, hogy — a dezoxidáció mértéke növelhető a dezoxidáló alkotó hozaganyag által való bevitelének növelésével, a képződő termék lekötésével; - a hegfürdő teljes mértékű dezoxidálása nem valósítható meg, de nö­ velhető oxigénhez nagyobb affmitású dezoxidáló elem használatával.

10], 0,02'

27. ábra A vasban oldódott [O] oxigén és alumínium koncentrációja közti összefüggés mangán és szilícium jelenlétében 1 Mn és Si 0 %; 2 Mn - 0,5 és Si - 0 %; i M n = 0,53 és S i= 0,38%

Az egyes elemek dezoxidációs aktivitása hegesztési övezetenként válto­ zik és a következő sorrendben nő — az ívben: Si, Mn, Al, Ti, C; - a hegfürdő elején: Mn, Si, C, Ti, Al; a hegfürdő végén, a dermedésben levő részén: Mn, C, Si, Ti, Al (1. a 24. ábrát). Valamennyi felsorolt elem a hegesztési övezet minden részében dezoxi­ dáló elemként viselkedik, kivéve a Mn-t és a Si-ot. A mangán dezoxidáló hatása az ívben kb. 0,5 %, a hegfürdő dermedés­ ben levő részén 0,2 % felett jelentkezik. Ez is csak arra az esetre vonatkozik, ha nála nagyobb mértékben dezoxidáló elem nincs jelen. Ezeknél kisebb érté­ kek esetén a mangán redukciója megy végbe MnO-ból (1. a 25. ábrát). A kép-

44

ződő MnO olvadáspontja 1600 °C, a vasban nem oldódik. A MnO hegfürdőbői való eltávolításának feltétele a salakban erősen savas alkotó jelenléte, amellyel komplex vegyületeket képez, amely olvadáspontja kisebb lesz a MnO-énál. A szilícium viselkedése függ az ömledék széntartalmától. A hegfürdő 0,10 % C és Si = 0,3 % tartalmánál 1830 °C felett a szén oxidálódik erőseb­ ben, a szilícium nem tölt be dezoxidáló szerepet, a szilícium redukálódik a S i0 2-ból (28. ábra). A hegfürdő elején a szén és a szilícium dezoxidáló hatása közelítőleg megegyezik, míg a hegfürdő dermedésben levő részén, 1560 °C-on [0 1 ,

28. ábra Az ömledék egyensúlyi {O] oxigéntartalma a t hőmérséklet függvényében különböző szén, szilícium” és mangántartalom esetén t, °c

a szilícium végzi a dezoxidálást a szénnel szemben, még kisebb szilíciumtarta­ lom esetén is. A 28. ábrából következik, hogy már 0,1 % C-nél az ívben leolva­ dó huzalfém O-tartalma csak kis hányada a legnagyobb oldóképességnek. A Si dezoxidáló hatása viszonylag nagy mennyiség (kb. 1 %) esetén is jelentő­ sen kisebb az ívben, és nagyobb a hegfürdő dermedésben levő részén. A dezoxidációkor képződő Si0 2 olvadáspontja 1712 °C. A Si0 2 eltávolításának fel­ tétele a hegfürdőből kisebb olvadáspontú komplex vegyületbe való átvitele. Könnyen képez komplex vegyületeket bázikus oxidokkal, elsősorban CaO-dal és MnO-dal. A titán dezoxidáló hatása lényegesen nagyobb, mint a szilíciumé és mangáné. A vasban oldódott oxigéntartalmat már kis mennyiségben (0,1 %) is jelentősen csökkenti. A képződő T i0 2 savas, a vasban nem oldódik. Viszonylag nem magas olvadáspontú (1850 °C), bázikus oxidokkal hígfolyós,

45

alacsonyabb hőmérsékleten olvadó kom plex vegyületeket, titanátokat képez, így könnyen átmegy bázikus alakba. Savas salakba alig megy át. A z alumínium dezoxidáló hatása valamivel nagyobb a titá n én á l A kép­ ződő term ék magasabb olvadáspontú (2050 °C), m int a T i0 2 , amfoter jelle­ géből adódóan gyenge kom plexképző, így szilárd fázist alkot és csak kismér­ tékben megy át a salakba, nagyobbrészt nemfémes zárványokat képez az ömledékben. Kondenzált fázis képzésével a varratfém jelentősen nagyobb m értékben dezoxidálható, m int diffúziós eljárással. A (47) és (49) összefüggésből követ­ kezik, hogy a dezoxidálás a dezoxidáló Me elem koncentrációjának és a salak bázikusságának növelésével fokozható. A S i0 2 , T i0 2 az (50) mechanizmus szerint komplex vegyületeket képez a salak bázikus oxidjaival, így könnyen kiválik a hegfürdőből. Ez kisebb m értékben érvényes az Ál2 0 3 -ra. A MnO a S i0 2-dal képez alacsony olvadáspontú komplex vegyületeket, így ez is jelen­ tős m értékben kiválhat, ezenkívül titánnal való dezoxidálás esetén a m ennyi­ sége nem számottevő. A dezoxidáló hatás fokozására - egyidőben több dezoxidáló elemet kell bevinni (27. ábra); hígítani kell a salakot olyan összetevőkkel (pl. folypáttal), amelyek csökkentik benne a dezoxidációs termék koncentrációját; — a fedőporban, elektródabevonatban, portöltetben a dezoxidációs ter­ mékkel azonos alkotó lehetőleg a legkevesebb legyen. A bázikus salakokra a kedvező fizikai tulajdonságok közül a hígfoly os­ ság, a rövidség, az alacsony dermedési hőmérséklet, a jobb dezoxidálási lehetőség jellemző a savas salakokkal szemben. Bázikus salak esetén nem diffúziós, hanem kondenzált fázisképződéssel és ennek salakba való átvitelével megy Végbe a dezoxidáció.

2.4.2. Diffúziós dezoxidáció A diffúziós dezoxidálás a FeO-nak azon a tulajdonságán alapszik, hogy a vas­ ban és a salakban is oldódik. A vas és a salak között a megoszlását a (44) tö r­ vény jellemzi. Az L peo a hőm érséklet csökkenésével nő (29. ábra), ennek következtében a FeO salakba való átm enete fokozódik. A diffúziós dezoxidáció folyam atában a salak FeO-tartalma nő, ennek megfelelően fokozatosan csökken a dezoxidáló hatás. Ezért a folyam at inten­ zitásának fenntartásához a salakban a FeO mennyiségét csökkenteni kell — a salakba átmenő FeO lekötésével kom plex vegyületbe savanyú kém­ hatású salakkal (szilikát-, i ti tanátképzés) vagy — a salak neutrális összetevőkkel való hígításával (folypáttal).

46

29. ábra Az £ p e0 (a FeO megoszlása) a salak és a vas között a t hőmérséklet függvényében

LFep r

1550

1600

1650

1700

1750

1000 \, °C

A diffúziós dezoxidálás legkedvezőbb kinetikai feltételei az ívben van­ nak, mert az ívben a fém cseppes átmenete következtében nagy a fém és a salak érintkezési felülete. Ezenkívül a fém és a salak intenzív keveredése a folyamatot elősegíti. Magasabb hőmérsékleten ugyan nem kedvező a termo­ dinamikai feltétel - kisebb az £peO -értéke - de intenzívebb a diffúziós folya­ mat, kisebb a salak viszkozitása. A hegfürdőben a salak-fém érintkezési felület nagyságrenddel kisebb az ívhez viszonyítva, a folyamat a fürdőnek és a salaknak csak egészen vékony érintkező rétegében tud végbemenni. Alacsonyabb hőmérsékleten csökken a folyamat intenzitása. A diffúziós dezoxidáció legkedvezőbb savas salakkal, ami avasban nem . oldódó szilikát képződésével megy végbe [FeO] + (Si02)

(F eO S i()2).

(49)

A folyamat intenzitásának és a dezoxidálásfiak a fokozására növelni kell a salak S i0 2 -tartalmát. A S i0 2 a hegesztési övezet magasabb hőmérsékletű részén azonban maga is oxidáló, így a hegfürdő dermedésben levő részén dez­ oxidáló hatása korlátozott. Ezenkívül a S i0 2 növelése nagymértékben rontja a salak fizikai és technológiai tulajdonságait. A salak hosszú és sűrű lesz, így erősen csökken az aktivitása, romlik az ívstabilitás. Ezért a salak dézoxidációs tulajdonságának fokozására nem célszerű a S i0 2 mennyiségét növelni, részben a T i0 2-vel kell helyettesíteni. Ezáltal a savasság fenntartható, a salak hígfolyósabb, rövidebb lesz, ezáltal fokozódik a kémiai aktivitása. Ilyen sala­ kot ad a rutilos elektródabevonat, amelyben Si0 2 « 30 %, és T i0 2 ^ 40 %. Ez a salak az ömledékben így is 0,06...0,08 % oxigént eredményez, ami több­ szöröse az alapanyag és hegesztőhuzal összeolvadásából képződő hegfürdő oxigéntartalmának. Nagyobb mértékű dezoxidáláshoz savas salakba nem cél­ szerű erősen dezoxidáló elemet, pl. alumíniumot bevinni, mert a salak S i02-ja

47

oxidálja a (41) reakció mechanizmusa szerint és az nem tudja betölteni dez­ oxidáló feladatát. Ezenkívül a képződő A12 0 3 csak kismértékben válik ki a hegfürdőből, mert gyenge komplexképző savas oxidokkal. A fentiek alapján savas salakkal csak korlátozott mértékben lehet dezoxidálni. A dezoxidáció bázikus salak esetén eltér a savastól a jelentős mennyi­ ségű bázikus oxid jelenléte miatt. A bázikus oxidok (pl. CaO) hatékonyabb komplexképzők S i0 2 -dal, mint a FeO. A CaO a salakban levő Si02-ot és T i0 2 -ot leköti komplex vegyületbe (CaO) + (S i02) -> (C a0-S i02) .

(50)

Ezért a bázikus salakban a Si0 2 nem képez komplex vegyületet a FeO-dal, így a bázikus salaknak nincs dezoxidáló hatása. Mivel a Si0 2 k ö tö tt állapotban van, a salak oxidáló hatása kicsi, ezért bevihetők erősen dezoxidáló elemek; alumínium, titán. így a bázikus salak esetén a dezoxidáló hatást nem salakkal, hanem dezoxidáló elemek (Si, Mn, Ti, Al) bevitelével érik el, kondenzált fázis képződésével. Ezért bázikus salaknál diffúziós dezoxidálás nem megy végbe.

2.4.3. Dezoxidáció gáztermékek képződésével Dezoxidáció gáztermékek képződésével a szén és a hidrogén oxigénnel való reakciói alapján megy végbe. A szénnel a dezoxidáció a következő reakció szerint folyik le [FeO] + [C] -> { CO } + Fe.

(51)

A folyamatra jellemző az egyéb dezoxidálási módokkal ellentétben, hogy a képződő termék, a CO stabilitása magas hőmérsékleten, 2150 °C felett, jelen­ tősen nagyobb még az Al2 0 3-énál is, ami a tenziók lgP o2-értékéből követ­ kezik. Ezért az ívben a szén a leghatékonyabb dezoxidáló. A hegfürdő elején a titánnal közelítőleg azonos a dezoxidáló hatása; nagyobb a szilíciuménál és a mangánénál. A szénnel való dezoxidálás lehetősége azonban erősen korláto­ zott a következők miatt: - a dezoxidáló hatás 0,15...0,20 %-nál nagyobb széntartalom esetén eredményes (1. a 28. ábrát). Ilyen széntartalom a varratban nem célszerű, főleg a kristályosodási repedések keletkezése miatt; — az (51) reakció során kiváló CO porozitást idézhet elő. Ennek a reak­ ciónak az intenzitása alacsonyabb hőmérsékleten (a fürdő dermedési részén) nő, ami fokozza a porozitásképzodés veszélyét. Ennek a reakciónak a mértéke a hegfürdőben a szilíciumtartalom növelésével csökken (1 . a 28. ábrát).

48

A hidrogénnel való dezoxidációs folyamata a következő [F eO ]+ 2 {[H ]} -> Í H 2 0 } + Fe.

(52)

A hidrogén a szénnél gyengébb dezoxidáló. A hidrogén dezoxidáló elemként való felhasználását jelentősen csökkenti az, hogy az ömledékben növeli a porozitásképződést, a hegesztett kötésnek pedig hidegrepedékenységét (1 . a 2 2 . ábrát). Gyakorlati jelentősége a cellulóz bevonatú elektródák használatakor van, amikor is az Ömledék hidrogéntartalma kb. 70 ml/ 1 0 0 g fém lehet.

2.4.4. Oxidzárvány képződése Az oxidzárvány képződésének folyamata a következő: A hegesztési övezet magas hőmérsékletű részén az olvadt fém intenzíven oxidálódik. Az ív alacso­ nyabb hőmérsékletű övezetében kismértékben, de alapvetően a hegfürdőben az adott hőmérséklethez tartozó egyensúlyhoz való törekvés eredményeként, dezoxidálási folyamat megy végbe. A hegfürdőben szilícium és mangán mindig van, így a dezoxidáláskor képződő oxidzárványok S i02-ot és MnO-ot min­ dig tartalmaznak. A fürdőben végbemenő nagymérvű fém- és salakáramlás, keveredés és komplex vegyületképződés eredményeként a dezoxidációs ter­ mékek egy része átmegy a salakba. A hegfürdőben maradt rész képezi az oxidzárványokat. Az oxidzárványok alakja sokféle lehet (szabálytalan, gömbszerű stb.). Méretük a mikrométer tizedrészétől a több tízszereséig terjed. A képződési hőmérséklettől, összetételüktől és az ömledék dermedési körülményeitől füg­ gően a szemcséken belül és szemcsehatárokon helyezkednek el. Az oxidzár­ ványok nagyobbrészt szilikátok és spinelek formájában vannak jelen. Egyalkotós szabad oxid alig található. A zárványok összetételét elsősorban a hegesztőeljárás, a hozaganyag és az alapanyag összetétele határozza meg a fizikai-kémiai folyamatok érvénye­ sülésén keresztül. Enyhén dezoxidáló elemek (pl. mangán, vanádium) és kis mennyiségű fokozottan és erősen dezoxidálók (szilícium, alumínium, titán) jelenlétében együtt képződő oxidok (mangán- és alumíniumszilikátok, titanátok) nagyobb­ részt folyékonyak. Ezek könnyen koagulálnak, így részben eltávolodnak a fürdőből. Az erősen dezoxidálók (alumínium, titán) olvadt acélban apró, nem koaguláló szilárd oxidokat képeznek, amelyek közül az A12 0 3 alig válik ki a fürdőből. Bevont elektródával való hegesztéskor oxidáló és savas bevonat Esetén alapvető dezoxidáló a mangán, ezért a nemfémes zárványok nagyobb részét MnO képezi, és számottevő a Si02. Rutilos bevonatú elektróda ömledékében a szilícium szerepe a dezoxidálásban megközelíti a mangánét, ezért a nemfé49

mes zárványokban a S i0 2 mennyisége közelítően azonos lehet a MnO-dal. Bázikus bevonatú elektródával hegesztve meghatározó a titánnal való dezoxi­ dálás, a mangán szerepe jelentéktelen. Ez esetben a nemfémes zárványok alap­ vetően T i0 2 és S i0 2 alapúak. Fedettívű, ötvözetlen acélokhoz használt fedőporokkal való hegesztés­ kor a nemfémes zárványok főleg S i0 2 -ból, MnO-ból állnak. Ötvözött ömle­ dékben az ötvözök határozzák meg a nemfémes zárványok összetételét. Mn-nal és Si-mal gyengén ötvözött huzallal (pl. 0,10%; S i= 0,65 %; Mn = 0,89 %; Al « 0 %) és nagy S i0 2~ és MgO-tartalmú fedőporral való hegesztéskor a legfontosabb dezoxidáló elem a szilícium, és jelentős még a mangán szerepe; ezt a zárványok összetétele is jellemzi (4. táblázat, l. változat). MnO-mentes fedőpor használata esetén aM n dezoxidáló szerepe jelentéktelen a huzal számottevő Mn-tartalma ellenére (II. változat). A fedőpor Al2 0 3 -tar­ talmának növelésével, a S i0 2 csökkenésével csökken a fedőpor oxidációs potenciálja, a dezoxidálásban fokozott szerep ju t az alumíniumnak, a zárvá­ nyok Al2 0 3-tartalma megnő (III. változat). Az ömledék oxidáltsága jelenték­ telen. A fedőporban levő A12 0 3 szerepe azzal magyarázható, hogy az ívben részben disszociál, szénnel redukálódik, az alumínium a leolvadó cseppekben oldódik, a fürdő hűlésben levő övezetében dezoxidál és zárványt képez. Ötvözött ömledékben, az ötvözök oxigénhez való affinitásának és a fedőpor oxidációs potenciáljának (a Si0 2 és a MnO-tartalmának) növelésé­ vel az oxidjaik mennyisége nő, a S i0 2 és MnO csökken a zárványokban (5. táblázat). Mivel a fedőporok Cr2 0 3-ot és T i0 2-t nem tartalmaztak, szá­ mottevő mennyiségük a salakban a hegfürdőben levő Cr és Ti oxidációjának eredménye.

4. táblázat A zárványok összetétele ötvözetlen acél fedettívű hegesztése esetén

Fedőpor változat

I

II

Vizsgált anyag

50

S i0 3 MnO Al2 0 3 FeO

Fedőpor

43

39

Zárvány

60

21

12

7

Fedőpor

22

...

27

0,7

Zárvány

65

6

15

--

41

7

65

Fedőpor III

A fedőpor és a zárványok összetétele, %

Zárvány

2,5 12

3,5

1,3

14 1,0

16

CaF2 +CaO+ -fMgO

Az ömledék oxigéntar­ talma, %

a többi 0,11 a többi -

0,05

a többi -

0,03

5. táblázat A zárványok összetétele titánnal stabilizált króm-nikkel ötvözésű ausztenites huzallal képzett ömledékben Az ömle­ dék oxidzárványFeO TiO, tartalma, %

A fedőpor és a zárványok összetétele, % Fedőpor változat

Vizsgált anyag S i0 2 MnO

I II

CaO+ A120 3 +CaF2+ +MgO

Fedőpor

28

0

14,6

Zárvány

20

4,2

35

Fedőpor

46

Zárvány

25

36 6,2

56

Cr20 3 0 18

3

14

0

18

-

16

0,4 10 1,0

0 3,8

0,085

0

9,8 25

0,15

C 0 2 -védőgázas hegesztés esetén a nemfémes zárványok főként Si0 2 -ból és MnO-ból állnak, de tartalmaznak Al2 0 3-ot is, ami a huzalból és az alap­ anyagból megy át. Ha a hegesztőanyag modifikátort, alkáli és ritkaföldfémet (pl. Ca, Mg, La, Ce) tartalmaz, akkor oxiszulfidok képződhetnek. A modifikátorok menynyiségének növelésével a zárványok gömb alakúak lesznek, szerkezetük meg­ változik, kétfázisúvá alakulnak. Kalciummal való modifikálás hatására alumí­ nium jelenlétében a zárványt CaO*Al2 0 3 -ból álló belső mag és külső, nagyobbrészt CaS szulfidhéj képezi. A zárvány ilyen szerkezete azzal magya­ rázható, hogy ezeknek az elemeknek az affinitása nagyobb az oxigénhez, mint a kénhez, így először nagyobbrészt oxid képződik. Fokozottan oxidáló salak, ill. gázfázis jelenlétében ez a folyamat nem meghatározó.

2.5. Raffinálási folyamatok A raffinálás a káros szennyezők (kén, foszfor és hidrogén) eltávolítására, lekö­ tésére irányuló műveletek gyűjtőneve.

2.5.1. Kéntelenítés A kéntelenítés azért szükséges, mert a kén nagymértékben növeli a varratfém kristályosodási repedésképződési hajlamát (30a ábra), és csökkenti a szívós­ ságát (30 b ábra). 51

mm/min KV,

30. ábra

A kén hatása

a) a vaxratfém Vkr kristályosodási repedésképződéssel szembeni ellenállóságára fedettívű hegesztés esetén; b) ötvözetlen ömledék ütőm unkájára + 20°C -on

A S a Fe-mal több fajta szulfidot képez, amelyek közül legstabilabb az 1189 °C-on olvadó FeS. A FeS avasban gyakorlatilag nem oldódik, F e-F eS , 2F e0*S i0 2 -F e S F e - FeS~MnS stb. eutektikum okat képez, amelyek önálló, ill. különböző elhelyezkedésű zárványok formájában vannak jelen az acélban. Ezek dermedési hőmérséklete alacsonyabb a vasénál, így a szemcsehatárokon elhelyezkedő réteget képeznek. A Fe—FeS eutektikum olvadáspontja 975 °C. A S az elektródabevonatban, fedőporban levő egyéb elemekkel, a Mn-nal, az Al-mal, a Ca-mal, a Mg-mal, a Ni-lel is alkot szulfidokat. Ezek szulfidjainak olvadási hőmérséklete magasabb, a Ni-é jelentősen kisebb a Fe-énál. A MnS olvadáspontja 1697 °C. A Ca többfajta szulfidot képez, ame­ lyek közül legstabilabb a 2000 °C-on olvadó CaS. A Ni 3 S2 797 °C-on olvad, Ni--Ni3 S 2 eutektikum ot képezhet, amely 645 °C-on olvad. A Fe és nikkelszulfidra jellemző, hogy a szemcsehatárokon vékony, teqedelmes réteget alkotva, a szemcséket szétválasztja, ami kristályosodási repedésképződést okoz és rontja a varratfém szívósságát. A MnS gömbös zárványokat képez, ez kedvező a repedésképzés megelőzése és a szívósság növelése szempontjából. A kén T i0 2 ~dal, Al2 0 3-dal CaO-dal - főleg ritkaföldfémek oxidjaival (pl. Ce2 0 3 -dal) bonyolult összetételű oxiszulfidokat alkot. A T i0 2-dal és Al2 0 3-dal alkotott oxiszulfidjai a FeS-hoz hasonlóan hártyát képeznek a szemcsehatárokon, míg a CaO-dal és Ce2 0 3 -dal gömbös alakzatot vesz fel. Az utóbbi jelentősen csökkenti a kristályosodási repedésképződési hajlamot és növeli a szívósságot. 52

A S eltávolításának, ill. lekötésének fontos feltétele, hogy a képződő szulfid olvadási hőmérséklete magasabb legyen a Fe-énál és ne képezzen eutektikum ot. Ezért hegesztéskor Mn, MnO, Ca, CaO segítségével kéntelení­ tenek, ezek az anyagok az elektródabevonatokban, a töltőporokban, ill. a fe­ dőporokban általában jelen vannak. Legelterjedtebb a mangán alkalmazása, amelynek a S-hez nagyobb az affinitása, mint a vasé. Ha az ömledék mangántartalma 0,5 % vagy annál nagyobb, a kén na­ gyobb része MnS formájában van jelen (31. ábra). Ez azonban nagymértékben FeS/MnS

31. ábra A kén megoszlása a vas és a mangán k özött a vas mangántartalmának a függvényében

függ az ömledék O-tartalmától. A Mn hatása nem annyira a kéntelenítésben, mint inkább a kén, mangán és vas közti kedvező eloszlásának megvalósításá­ ban érvényesül. Fémekkel és oxidjaikkal való kéntelenítés termodinamikai valószínűsé­ gének összehasonlításából [Me] + (FeS) (MeO) + (FeS)

(MeS) + Fe,

(53)

(MeS) + [(FeO )].

(5 4 ) 6. táblázat

Szulfidok és nitridek képződésének szabadenergia-változása (Me) fémmel és (MeO) oxiddal való képződéskor 1600 °C-on Szulfidképző fém, (Me) ill. oxid (MeO) Ca; CaO Al; A120 3 Mg; MgO Na; Na20 Mn, MnO Fe; FeO

AG kJ/g* mól szulfid Szulfid Me+FeS = MeS+Fe CaS A12S3 MgS Na2S Mns FeS

-3 6 8 3 4 0 -2 9 0 6 8 0 -1 1 5 5 5 0 -2 1 3 7 8 0 -1 3 6 4 2 0 - 75200

MeO+ FeS = MeS+FeO -1 2 4 1 7 0 + 294110 + 49510 -1 2 5 1 1 0 —119780

53

\


• MnO + 2 FeO.

(68) (69)

A (67) és (69) szerint képződő FeO a salakba és a hegfürdőbe megy át a (44) megoszlás törvénye szerint. Az ívben és a hegfürdő elején a magas hőmérséklet és a kedvező diffúziós feltételek hatására intenzívebben m ennek vég­ be a.(70) és (71) folyam atok, m int a bevonatban F e 2 0 3 + F e ^ 3 [(F e O )], (FeO) + Mn

(MnO) + Fe.

(70) (71)

A salak FeO-tartalmának növekedése a hegfürdő O-tartalmát növeli (37. ábra). A (71) reakció a salak-hegfürdő fázishatáron és a fürdő tömegében végbe­ megy és a Mn oxidálódásának m értékét növeli. A (71) reakció alapvető szerepe

37. ábra Oxidáló bevonatból képződött salak FeO-tartalmának hatása az ömledék 0 £ oxigéntartalmára

38. ábra A szilícium és a mangán huzalból hegfürdőbe való átmenetének ju aránya a bevonattényező függvényében vasérc bevonat esetén

azonban a hegfürdő végén a dezoxidálás, ami csak a fürdő tömegében megy végbe. Ebből a célból a bevonat nagy mennyiségű FeMn-t tartalmaz. A salak FeO-tartalmának hatása az ömledék FeO-tartalmára gyakorlatilag csak 10 % felett jelentkezik. Ez azzal magyarázható, hogy a salak nagy mennyiségű Si02-ot tartalmaz, amivel Fe0*Si0 2 komplex vegyületet képez a FeO. így a FeO jelentős része a salakban kötött állapotban van, ami csökkenti ennek aktivitását. A salak erősen oxidáló jellegének, a hegfürdő nagymértékű oxidáltságának következtében a bevonatban levő mangánnak mintegy 90 %-a kiég, ill. használódik el dezoxidálásra, részben elpárolog. A típusra jellemző nagy oxidáló hatás miatt az ötvözök kiégése nagyobb, mint védelem nélküli és C 0 2 -védőgázas hegesztéskor (8 . táblázat). Az oxidáló hatás nő a bevonat vastagságával és csak vasércből álló bevonat esetén már K\> = 8 ...10 %-nál eléri a maximumot (38. ábra). így a bevonattényezővel a 8. táblázat Oxidációs veszteség króm - mangán -szilícium ötvözésű huzallal való hegesztéskor a védelem jellegétől függően Oxidációs veszteség, %

A védelem jellege C

Mn

Si

Cr

Védelem nélkül

70

33

35

8

C 02 védőgáz

40

31

29

8

Oxidáló bevonat

78

95

96

7

65

^ S> •Qgj #

M '© JH o

■g :0

B M :©

8 a 'fa

•84?

*S

:Ö S :Q

3 N 'O tM o o,

3 3 ^ (j A £ w

oo*'

vo rí

\o

o

o

2

ex

< ~

00

A vasér c/ferromangán (Fe20 3/FeMn) arány hatása az Ömledék összetételére és a porozitásképződésre

.

66

O

G

II

CN m

ej

£ 9 vg u C5° P O aj *2 £*

&0 '■fi 0> < u

rs CD 'o

Vq* (l>

■$ N O w o

•r» fi £* ? '3an fi

ts t}* 8*2

J < oU o O fi S '0> a>e

co rí

>%o 'l u ?o iH « O uw

vő oo

vf

>> fi V 4(U -*

í>0 ^8

d> ' 3 :Q

tüí»

< D

aj g ro $ cd ot*S »C fa ÍX

o SP >>

O Ö'

vo

in vű

cs

O

\o (N »o o o o O o CD o cT o"

fi

r- oo 00 o r^- o o"

S

s o

C"

00

u

vi/j (Ü

'Cd

O

& < D N V

T

rí

X osi a> T3

o

oo r-H cT o" o"

«í

e *Ö co aN ' O ti

1o

Q>

u.

m 6 3 •r-f c

gyakorlatban nem csökkenthető az oxidálódás mértéke. Az adatokból követ­ kezik, hogy ez a bevonattípus nem alkalmas ötvözött ömledék képzésére. Oxidáló típusú elektróda használata esetén a fizikai-kémiai folyamatok elsősorban a bevonat Fe 2 0 3 /FeMn arányával szabályozhatók. Fe 2 0 3/FeMn = = 1,1-nél 1540 °C-on a [Si]-[O ] 2 szorzat nagyobb az egyensúlyi értéknél, míg a [C]-[0] közel azonos az egyensúlyival (9. táblázat). így a (41) reakció a heg­ fürdő dermedésben levő részén balra megy, a dezoxidálást a Si végzi, ami tömör varratot eredményez. Az Fe 2 0 3 /FeMn arány növelésével nő a salak FeO-tartalma, az oxidáló hatása, a szén, és főleg a Mn kiégése, az ömledék Si-tartalma pedig csökken. Ez egyben a hegfürdő O-tartalmát, ezzel a [C]°[0] szorzat értékét nagymér­ tékben növeli az egyensúlyi állapothoz viszonyítva a dermedési hőmérsékleten. Ez az (51) reakció lefolyását, a CO intenzív kiválását vonja maga után a heg­ fürdő dermedésben levő részén, ami porozitásképződést idézhet elő. Ezek alapján célszerűnek látszik az oxidáció mértékének csökkentése, á bevonatba dezoxidáló elemek, C, Si, A1 bevitelével. Mindhárom dezoxidáló elem hatására az ömle­ dék C-, Sí- és Mn-tartalma no', a salak FeO "tartalma - azaz az oxidáló hatása - és az öm­ ledék O-tartalma csökken (10. táblázat). Ez azonban szintén porozitást idézhet elő, bár kisebb mértékben, mint a Fe20 3-tartalom növelése.

Grafitot tartalmazó bevonat esetén az ívben leolvadó huzalfémet és a hegfürdőt magas hőmérsékletű részén a szén dezoxidálja az (51) reakció szerint. A szénnel való intenzív dezoxidálás a FeO nagymértékű csökkenését, ezzel a salakban levő Si0 2 redukciója feltételét teremti meg a (41) szerint. Ezzel magyarázható a heganyag Si-tartalmának jelentős növekedése szénnel való dezoxidáláskor. A növelt Si-tartalom és az A1 valósítja meg a hegfürdő dermedő részén az Q-tartalom kis, a [C]e[0] egyensúlyinál kisebb értékét, ezzel az (51) reakció elnyomását. így a porozitást CO-kiválás nem idézheti elő. Si-mal és főleg Al-mal való dezoxidáláskor a C (51) reakciójának inten­ zitása az ívben is csökken, ami az ömledék C-tartalmának növekedését ered­ ményezi. Az ívgáz nagy H2-tartalma következtében a hidrogén oldódása az ívben leolvadó fémcseppekben intenzív. A fürdő dermedésben levő részén, a hőmér­ séklet csökkentésével a hidrogénoldó képesség csökken, a H2 kiválik a fém­ ből, és - ha nem tud eltávozni a hegfürdőből a gyors dermedés miatt —poro­ zitást idéz elő. Ezért szerves gázképzőket tartalmazó oxidáló bevonatú elektróda hasz­ nálata esetén a porozitás elkerülésére a hegfürdőt bizonyos mértékben oxi­ dálni kell. Ezért ez a típusú bevonat szerves gázképzők jelenlétében nem tar­ talmazhat erősen dezoxidáló alkotókat, pl. alumíniumot. A szerves gázképzők karbonátokkal való részleges, ill. jelentős mértékű helyettesítése esetén ami­ kor a gázvédelmet C 0 2 adja, a hidrogén okozta porozitásveszély csökken, 67

a bevonat tartalm azhat szilíciumot, titánt, ill. alumíniumot. Ez kevésbé jel­ lemző erre a típusra, mivel a C 0 2 fokozza az egyébként is nagy oxidáló hatást. A kéntelenítés feltételei a salak nagy FeO-tartalma és a CaO hiánya m iatt kedvezőtlenek, így a kén, de a P sem megy át a salakba. A bevonat kén­ tartalmának növekedése nagymértékben fokozza az ömledék S-tartalmát. Az ömledék kis mangán- és nagy oxigéntartalmából adódóan az (55) és (56) reakciók MnS-képződés irányában csak kismértékben tolódnak el, ami a kénzárványban kis MnS/FeS « 0,45 értéket ad. Mivel ennek a típusnak alapvető dezoxidáló anyaga a mangán, az oxid­ zárványok nagyobb részét a MnO képezi, %: S i0 2 2 2

MnO

FeO

62

16,

Ha a bevonat alumíniumot vagy titánt is tartalmaz (karbonátot is tartalmazó bevonat esetén), akkor a dezoxidálásban ezeknek is számottevő szerepük van és az oxidzárványok számottevő részét, 30..,40 %-át alkotják. Ebben az eset­ ben a mangán dezoxidáló szerepe sokkal kisebb, MnO a zárványokban kb. 30...35 %. Az oxidáló bevonatú elektródák vastag bevonattal készülnek. Az elter­ jed t típusok nagyobb része bevonatának összetétele besorolható a követ­ kezőkbe: Vas- ésAlumínium- Karbonát mangánérc szilíkát 30...35%

^erro- Szerves mangán anyag 25...35 %15%-ig 25...30 %

Technológiai tulajdonságok: Az ív stabil, jól hegeszthető közepes ívhosszai egyen- és váltakozóárammal egyaránt. Az elektróda leolvadása finomcseppes, a hegfürdő hígfolyós. Az utóbbi azzal magyarázható, hogy a bevonat nagy mennyiségű mangánt tartalmaz, amelynek oxidációjakor nagy mennyiségű hő szabadul fel, ez növeli az ív hőteljesítm ényét, a hegfürdő túlhevül. Alapve­ tően ezzel magyarázható a típusra jellemző nagy fajlagos leolvadás is: kb. 1 0 ... 11 g/A*h. A hígfolyósság m iatt a hegesztési élek gondos illesztést igényelnek, a típus vízszintes varratképzéshez alkalmasabb. A beolvadás közepes és cse­ kély, a fröcskölés közepes és nagyobb (kb. 9...15 %). A varrat felülete tetsze­ tős, lapos vagy enyhén domború, finoman pikkelyezett. A salakja tömör, nehéz, általában magától leválik. E típussal képzett varratfém kristályosodási repedésképződési hajlama fokozott, ami a MnS/FeS arány és a mangántartalom kis értékéből adódik. A repedékenység szén- és kéntartalm ú alapanyag hegesztésekor nagyobb mér­ tékben jelentkezik. A porozitásképződési hajlama csillapítatlan acél hegesz­ tésekor kicsi, még ha rozsdásak, revések,olajosak is az élek. Ez a bevonattípus 68

8

%-ig

alkalmas tülárammal való hegesztésre porozitásveszély nélkül - főleg ha a gáz­ képzők karbonátok —, de ez a varratfelület minőségét rontja. Hibája a kedve­ zőtlen higiéniai tulajdonsága, nagy a füstképződés, a MnO intenzív kiválása miatt. Ezért zárt helyen való hegesztésre nem alkalmas, ill. nagy levegőcserét igényel. A nagy oxidáló jellege miatt a maghuzalra vonatkoztatott kihozatal kicsi, mintegy 80...85 %. Az ömledék összetételére jellemző a bevonatban levő mennyiséghez viszonyított kis mangán-, szén- és szilíciumtartalom, ezenkívül a nagy oxigénés zárvány tartalom. Az ömledék zárványtartalma oxidáló bevonatú elektróda használata esetén a legnagyobb. A salak erősen oxidáló jellegéből következik, hogy a varratfém hidrogéntartalma nem nagy. Az ömledék jellemző összeté­ tele %-ban: C

Mn

Si

Ox

[H]d/nl/100g

0,06...0,08

0,4...0,5

0,03...0,07

0,09...0,12

+20.

Az oxidáló bevonatú elektróda ridegtöréssel szembeni biztonságos szerkezet hegesztésére nem alkalmas. Elsősorban ott használjuk, ahol a mechanikai tulajdonságok jelentősége alárendelt, de szükséges a tetszetős felületű varrat és nagy fajlagos leolvadás.

3.1.3. Savas és rutilrsavas bevonatú elektródák folyamatai A savas bevonat főleg abban tér el az oxidáló bevonattól, hogy a bevonat alap­ ja ilmenit, a vas, ill. mangánérc és ferromangán kevesebb. A savas bevonat jel­ lemző összetétele %-ban: Ilmenit 30...45

Vas- és mángánérc 10...15

Alumínium- Karbonát Szerves Ferromangán szilikát anyag 15...20

10-ig

8

-ig

15...25, 69

A hegesztéskor képződő salak bázikus mutatója B = 0,35...0,55. A salak oxi­ dáló hatása valamivel kisebb, mint az oxidáló bevonatú típusé. Az oxidálást részben vas-, ill. mangánérc végzi, továbbá az ilmenitben levő FeO-ömledékben való oldódásának a következménye. A bevonatban levő mangán nagy része így is oxidálódik, de a kisebb oxidálóképesség folytán ennek mértéke ki­ sebb, és a hegfürdő dezoxidálásához kevesebb ferromangán kell, Ezért a salak MnO-tartalma kisebb, mint az oxidáló bevonatú elektróda használata esetén. Ezért a salak savasabb. Az ömledék zárványossága valamivel kisebb, mint az oxidáló bevonatú elektródával képzettnél. A dezoxidáláskor képződő oxidzár­ ványok legnagyobb mérete a 15 jum-t eléri. A nagyobb méretű zárványok jel­ lemző összetétele %-ban: MnO

Si0 2

FeO

50

23

22

Egyéb 5 .

Ezek valószínűleg a dezoxidálási folyamat kezdetén képződtek magasabb hő­ mérsékleten és fokozatosan koaguláltak. Összetételükből következik, hogy a dezoxidálást alapvetően a Mn, kisebb részben a Si végzi. A dezoxidálási ter­ mékben oldódik a maradék FeO egy része. A kisebb zárványok MnO- és S ó ­ tartalma sokkal kisebb, ezek 60 %-ig FeO-ot tartalmaznak, és valószínűleg a dezoxidálási folyamat vége felé keletkeztek, amikor a Mn koncentrációja már kicsi. Technológiai tulajdonságok: Az ív stabil, jól hegeszthető egyen- és válta­ kozóárammal egyaránt. Az elektróda leolvadása finomcseppes, a hegfürdő híg­ folyós a bevonat növelt mangántartalma oxidációjából származó többlethő miatt. Kevésbé hígfolyós hegfürdőt ad, mint az oxidáló típusú bevonat, de a hegesztési élek így is gon dós illesztést igényelnek á hegfürdő elfolyásának megakadályozására. A képződő varrat felülete aprópikkelyes, a beolvadás kö­ zepes, vastagbevonatú elektródával nagy. Túl áram mai való hegesztésre kicsit érzékeny. A salak hígfolyós, jól takar, dermedt állapotban laza; szivacsos szer­ kezetű és igen könnyen eltávolítható. Ez a típus legalkalmasabb vízszintes helyzetben való hegesztésre, de kis hegesztőárammal használható más helyzet­ ben is. A kihozatal, bár kissé nagyobb, mint az oxidáló típussal hegesztve, viszonylag kicsi, a maghuzalra számítva 85...90 %, ez a kiégésen kívül a nagy fröcskölés következménye. A savas bevonatú elektródával képzett varratfém kristályosodási repe­ désképződésre hajlamos. Ez a hátrány fokozottabb mértékben jelentkezik sarokvarratok, továbbá növelt szén- (0,22...0,24 %) és kén- (0,04 %) tartalmú acél hegesztésekor. Nem tiszta hegesztési élek esetében porozitásképződésre kissé hajlamos. Növelt szilíciumtartalmú csillapított acél hegesztése, esetén és az elektróda 2 0 0 °C feletti izzítása után nő a porozitásképződés valószínű­ sége. A szárítási hőmérséklet növelése ui. a bevonat szerves összetevőinek 70

bomlását fokozza, ezért csökken a fürdő védettsége, nő a nitrogén oldódása az ívben és a hegfürdő elején, amely dermedéskor kiválik. Fajlagos leolvadása kisebb, mint az oxidáló bevonatú elektródáé. A fröcskölés nagy, kb. 10...15 %. Az ömledék összetételére jellemző, hogy a bevonat kisebb oxidáló hatása folytán a szilícium-, a hidrogén- és a mangántartalma nagyobb, mint az oxidá­ ló bevonatú elektródáé, az oxigéntartalma valamivel kisebb. Az ömledék jel­ lemző összetétele, %-ban:

C

Mn

Si

Os

0,08...0,11

0,6...0,8

0,10...0,15

0,07...0,10

[H]6ml/100g 15-ig.

Az öregedési hajlama az oxidáló bevonatú elektródákkal készült ömledékhez hasonlóan nagy. Az ömledék mechanikai tulajdonságaira jellemző a viszonylag kis képiékenység és szívósság, amelyek kissé jobbak, mint oxidáló bevonatú elektróda esetén. A savas bevonatú elektródával képzett ömledék jellemző mechanikai tulajdonságai: MPa >460

R e, MPa

A s , %.

Z, %

>350

>22

>55

TTKV28y°C >+20

Ridegtöréssel szemben megbízható szerkezet hegesztésére nem alkalmas, A sa­ vas bevonatú elektródák alkalmazási területét technölógiai tulajdonságai hatá­ rozzák meg. A rutil-savas bevonatú elektródák átmenetet képeznek a savas és a ruti­ los bevonatúak k ö z ö tt Ezeket általában vastag bevonattal gyártják. A bevonat fő alkotói azonosak a savas típuséval, azzal a különbséggel, hogy kisebb a vasés mangánérc mennyisége, nem több mint 10 %. A bevonat legfeljebb 35 % T i0 2-ot tartalmaz, rutil, részben ilmenit formájában. Ilmenit jelenléte esetén a bevonatban vasérc nincs. A kémiai folyamatokban legfontosabb szerepe az ércnek és részben a S i02-nak van. Hegesztéstechnológiai jellemzőik, az ömledék összetétele és mechanikai tulajdonságai közelítőleg azonosak a savas bevonatéval: A salak hígfolyósabb a nagyobb T i0 2 -tartalom következtében. A két bevonattípus — összetételüknek hasonlatossága következtében nem különíthető el élesen egymástól.

3.1.4. Szerves bevonatú elektródák folyamatai Szerves bevonatú elektróda főleg szereléshez alkalmas, mert itt a kényszer­ helyzetű hegesztés miatt a salak mennyiségét a lehető legkevesebbre kell csök­ kenteni és a nagyobb illesztési pontatlanság fokozottabb gázvédelmet igényel. 71

Míg karbonát gázképzőkből mintegy 50 % salak képződik, addig a szerves anya­ gok teljesen gázzá alakulnak, a képződő salak mennyisége kb. félannyi, mint bázikus bevonat esetén. A szerves bevonatok ásványi összetételük alapján nagyobbrészt a savas és ruül-savas csoportba tartoznak, de eltérnek tőlük a szerves összetevők nagyobb mennyiségében. A gyakorlatban elterjedt szerves bevonatok nagy része besorolható az alábbi összetétel közé, %: Rutil, vagy Alumínium- Vas- vagy ilmenit szilikat manganerc 25...35

10...20

10-ig

Ferromangán Szerves anyag 15...20

20...40

Karbonát 5-ig,

A szerves bevonatú elektródák lehetnek rutil-bázikus alapúak is, ezekben az érc kevesebb, a karbonátok mennyisége eléri a 15 %-ot, a szerves alkotók az alsó határon vannak. E változatban a salak oxidáló hatása kisebb, de ennek kiegyenlítésére a gázfázis lesz enyhén oxidáló. A kémiai folyamatok szempontjából a salak megközelítő összetétele ellenére kissé eltér a savas és rutil-sávas, úgyszintén a rutil-bázikus bevonatú elektródáktól is a salak kis tömege miatt. A salak majdnem egyforma oxidá­ ciós potenciálja esetén a kisebb mennyisége miatt a hegfürdőtkisebb mérték­ ben oxidálja. A szerves anyag, a cellulóz elbomlása akövetkező reákciók szerint megy végbe C6 H 1 0 O5 -+ CO + H 2 + CnH„ + H 2 0 ,

(72)

C6 H 1 0 O5 + CO + C 0 2 -4- H 2 4- CnHn + H 2 0.

(73)

A ( 7 3 ) reakció fokozottan oxidáló salakban megy végbe, de jelentősége nem meghatározó. Az ívgáz jellemző összetétele %-ban: C 02

CO

H2

H20

C„Hn

3

42

46

5

4 ,

Az ívgáz nagy hidrogéntartalma miatt az ömledék diffúzióképes hidrogéntar­ talma nagy, kb. 40 ml/100 g fém. A hidrogén oldódásának csökkentésére a fürdőnek növelt oxigéntartalmúnak kell lennie, ezért kell oxidáló salakot adó bevonatot alkalmazni. Ebből következik, hogy a szerves bevonatban erősen dezoxidáló elem nem lehet, ezért a dezoxidáláshoz általában csak mangánt visznek be. A hegfürdő nagy oxigén- és kis szilíciumtartalma miatt a fürdő dermedésben levő része szénnel dezoxidálódhat, ami a porozitásképződés valószínűségét növeli. Ennek kiküszöbölésére az ömledéknek kb. 0 , 1 % szilí­ ciumot kell tartalmaznia. A hidrogén parciális nyomásának csökkentésére a bevonat karbonátot is tartalmaz, amely elbomlásából C 0 2 képződik. A kar­ bonáttartalom növelését korlátozza azonban az a káros jelenség, hogy nagy­ mértékben növeli a salak mennyiségét. 72

Áramerősség, I, A

39. ábra az / áram

Fröcskölés mértéke szerves és bázikus bevonatú elektródával való hegesztésnél és polaritása függvényében. Elektródaátmérő 4 mm

C és C B és B'

szerves bevonat egyenes és fordított polaritás, bázikus bevonat egyenes és fordított polaritás

Technológiai tulajdonságok: Az elektróda közepes méretű cseppekben olvad le. A varrat felülete kissé durván pikkelyezett. Az ív nyugtalan, de he­ geszthető egyen- és váltakozóárammal egyaránt minden helyzetben. Könnyen leváló kevés salakot ad. Nagy a fajlagos leolvadása és nagy a beolvadási mély­ sége (közepesen vastag bevonat esetén). A fröcskölés nagy, főleg egyenes pola­ ritással való hegesztéskor, ez növelt áramerősséggel a 30 %-ot is eléri (39. ábra). Egyenes polaritással nagyobb fröcskölés egyéb bevonattípusok használatakor is megfigyelhető, ez a katód nagyobb teljesítményével magyarázható. A szerves bevonatú elektródával képzett varratfém kristályosodási repedékenysége fokozott, különösen növelt szén- és kéntartalom esetén. Nagy áramerősséggel hegesztve porozitással kell számolni. Mindkét hátrány valami­ vel kisebb mértékben jelentkezik rutil-bázikus alapú szerves bevonat hasz­ nálatakor. A szerves bevonat nagyvastagságú változata (K\, = 80... 100 %) a mélybeolvadású elektróda. Ebben a változatban a bevonat szerves alkotóinak menynyisége kisebb, általában nem több 3 %-nál. A vastag bevonat leolvadáskor mély tölcsért képez, mivel a külső rész leolvadása elmarad, ezáltal irányítja a gázsugarat és az kinyomja a fürdő elején a megolvadt fémet. így az ív talp­ pontja közvetlenül a szilárd alapanyagon van, ami a beolvadás mélységét fokozza. A szerves bevonat nem nedvességálló. Szállítási állapotban, ill. tartós tároláskor a bevonat nedvességtartalma mintegy 3 . . . 6 %, ami az ömledék hidrogéntartalmát nagymértékben növeli (40. ábra). Ha a nedvességtartalom 73

40. ábra Szerves bevonatú elektródával képzett ömledék [HJcj diffúzióképes hidrogéntartalma a bevonat H2 O-tartalmának függvényében

EH]d.

4

5 6 H20, */•

a felső határon, ill. afölött van, 100... 120 “C-on szárítják, amíg vissza nem csökken 2.-.3 %-ra. Túlhevülésre szárításkor és hegesztéskor egyaránt érzékeny. Hegesztés­ kor a túláram hatására való túlhevülés a varrat hosszán változó összetételt okozhat. Ez az elektróda hosszán a szerves összetevők fokozatos elbomlásával magyarázható, ami leolvadás folyamán a védelmet csökkenti. A hegesztést követően nagy a varratfém lűdrogéntartalma, ez erősen növeli az edződésre hajlamos acélok hegesztett kötéseiben a hidegrepedés-képződést, továbbá csökkenti a képlékeny séget és a szívósságot. A hidrogén mennyisége 2 0 0 .. „ 250 °C-on 2 ...2,5 órás hőntartás után olyan mértékben csökken, hogy a hatá­ sával nem kell számolni. Környezeti hőmérsékleten (20 °C~on) ez közel tíz­ napos kifektetés után következik be (41. ábra). ÍHV

4 L ábra Szerves bevonatú elektródával képzett ömledék [H)450

>350

>25

>60

TT K V 2S,°C -1 0 .

A hegesztést követően a képlékenység és a szívósság kisebb a növelt hidrogén­ tartalom miatt. A rutil-bázikus bevonat átm enetet képez a rutilos és a bázikus között. A rutilos bevonat az ömledékben nagy hidrogén- és oxigéntartalmat ad, a kén nagyobbrészt FeS formájában van jelen. Ezért csak vékony szelvényben (< 1 2 mm) és kevésbé merev szerkezeti elemhez alkalmas fokozott követel­ ményű szerkezetek acéljainak hegesztésére. A rutil-bázikus bevonatban a kar­ bonátok csökkentik az S i0 2 oxidáló aktivitását, az ívgázban a hidrogén par­ ciális nyomását, elősegítik a kén mangánnal való nagyobb mértékű lekötését. Ezek a hatások fokozhatok folypátadagolással, ami a zárványokat elsalakosítja és a hidrogént is csökkenti. 80

Mn, sí,

o.T ,

4 3 . á b ra

A z Ö m le d ék C>£-, S i- és

Általában a rutil alapú bevonat karbonáttartalmának növelésével az öm­ ledék oxigéntartalma csökken, majd újra nő, a Si végig csökken, a Mn nő, majd csökken (43. ábra). Ez arra az esetre vonatkozik, amikor a CaC03- és a MgC03-tartalmat növelve a bevonatban nincsen erősen dezoxidáló alkotó, Ti, ill. Al. Kis mennyiségű karbonát esQtén a képződő CaO és MgO a S i0 2 egy részét komplex vegyületben leköti, csökkenti az utóbbi oxidáló hatását, ami a (41) és (74) reakciók lefolyását jobbra fékezi. Ez az ömledékben az oxigén­ tartalom és Mn oxidációjának csökkenésére vezet. Ez egyben a varratfém S i0 2 redukciójából Si-mal való ötvöződésének csökkenését is magával vonja. A karbonáttartalom fokozatos növelése a salak CaO- és MgO-tartalmát olyan mértékben növeli, hogy ezek a Si0 2-ot csaknem teljesen lekötik C a O S i0 2 és MgOSiC) 2 komplex vegyületbe. A S i0 2 így nem redukálódik, a salak nem oxidál és jelentősen csökken az ömledék szilíciumtartalma is. A karbonát növelésével viszont nő a C 0 2 mennyisége, így a gázfázis válik fokozottan oxidálóvá. Ennek következtében az ömledék O-tartalma, a Si és Mn oxidá­ ciója nő. Amennyiben a bázikus mutató növelésével egyidőben a bevonatba Ti-t, ill. Al-ot is visznek be, az ömledék O-tartalma csökken, és mérséklődik a Si ki­ égése, az ömledék Si-mal és Mn-nal ötvöződik. CaF2 jelenlétében a Ti0 2 jelentős és A12 0 3 számottevő része átmegy a salakba, az ömledék oxigén- és ezzel egyidőben a H 2 -tartalma is nagymér­ tékben csökken (44. ábra). A rutil-bázikus elektródákat vastag bevonattal gyártják. A bevonatának jellemző összetétele %-ban: Rutil 30.. .40

Alumíniumszilikat 10... 15

Karbonát

Folypát

15. ..25

10...25

FerroFenőmangan szilícium' 10 8 .

A hegesztéskor megolvadt bevonat B = 0,6...1,0 bázikus mutatójú tömör salakot ad. 81

[H]d,

44. ábra A CaF2 hatása rutil-bázikus, ferrotitánt tartalmazó bevonatú elektródával képzett ömledék oxigén- és [H]d diffúzióképes hidrogéntartalmára

A bázikus jelleg számottevő növelése a salak fizikai-kémiai jellegében hoz változást. A varratfém oxigéntartalma, zárványossága csökken, ez a képlékenységi és szívóssági tulajdonságokat javítja. Az ívgáz C 0 2 -tartalmának növe­ kedésével csökken a hidrogén parciális nyomása, az ömledékben való oldódása. A rutil-bázikus bevonatú elektródákkal képzett ömledék kevesebb gázt, főleg hidrogént tartalmaz, mint a rutilos és rutil-savas:

0£ Rutil-savas Rutilos Rutil-bázikus:

0,07. ..0,09 0,06...0,08 titán nélkül 0,05...0,07 titánnalés folypáttal 0,03...0,05

[Hjctfnl/lOOg 20...25 25...3010-ig 10-ig

A rutil-bázikus elektródával képzett varratfém öregedési hajlama a kisebb oxi­ géntartalomból adódóan sokkal kisebb, mint a rutil-savas és rutilos típusokkal készült varratfémé. A rutil-bázikus bevonat kis oxidáló jellege folytán alkal­ mas vasporos növelt hozamú és ötvözött ömledéket adó elektródák készí­ tésére. Technológiai jellemzői, a varratfém összetétele és mechanikai tulajdon­ ságai alapján a rutilos és bázikus bevonatú elektródák között foglalnak helyet. A bázikus mutató és a folypát növelésével a finomcseppes leolvadás fokozato­ san közepes és nagycseppessé válik, romlik az ív stabilitása, a hegesztést egyen­ árammal kell végezni. Az elektródát hegesztés előtt 250...300 °C-on 2 órát kell szárítani a nedvesség eltávolítására. A rutilos bevonathoz viszonyított kisebb hidrogéntartalom, ötvözetlen és gyengén ötvözött acélok hegesztett kötéseinek nagyobb hidegrepedés-álló82

ságot ad. A rutilos elektródával készült ömledékhez viszonyítva, a rutil-bázi­ kus nagyobb szilícium- és mangántartalmat ad. Az ömledék jellemző összetétele %-ban: C

0,09

Mn

0,6... 1,0

Si

Os

0 ,25—0,35

[H]d,m l/Í00g

0 ,03.„0,07

^ 10.

Az ömledék képlékenysége és a szívóssága nagyobb, mint a rutilossal képzetté. Jellemző mechanikai tulajdonságai: R m , MPa

^ 480

R e, MPa

A s,%

Z, %

TTK V2B,°C

^ 400

= 27

= 60

- 20;

- 30.

Az ömledék kisebb oxigéntartalma és átmeneti hőmérséklete titánt tartal­ mazó bevonatú elektródával képzett ömledékre vonatkozik.

3.1.6. Bázikus bevonatú elektródák folyamatai A bázikus bevonat jellemző alkotói — a mészkőn, a folypáton és a mangánon kívül — erősen dezoxidáló elemek: a szilícium és a titán vagy az alumínium. A mészkő elbomlásakor képződő szén-dioxid védőgáz nagymértékben oxi­ dálja a leolvadó elektródahuzal fémjét és a hegfürdőt. A bevonattényezővel nő a szén-dioxid mennyisége, ami az oxidálódást növeli. Ez az elektródából ömledékbe átmenő mangán és szilícium mennyiségét csökkenti, a hegfürdő oxigéntartalmát növeli (45. ábra). A bevonattényező levegővel szemben kielé­ gítő védelem nyújtása és hegesztés technológia szempontjából optimális K\y ^ 35 % értékénél az ömledék oxigéntartalma 0,05...0,07 %, ha a bevonat nem tartalmaz titánt, ill. alumíniumot. Az elektródában levő szilícium

45. ábra Szilíciumra és mangánra vonatkozó MSi és juMn átmeneti tényezők értékei és az ömledék összoxigéntartalma a bevonat tényező függvényében. A bevonat összetétele CaC03 - 80 %, CaF2 = 2 0 %

83

kb. 70 %-ban, a mangán kb. 60 %-ban kiég, oxidálódik. A kiégési veszteség kiegyenlítésére, a hegfürdő dezoxidálására a bevonatba szilíciumot és mangánt fokozott mennyiségben kell bevinni. A szilícium és a mangán oxidálódása, az ömledék oxigéntartalma lényegesen csökken, ha a bevonat titánt, ill. alumí­ niumot is tartalmaz. A keletkező dezoxidálási termékek, S i02, MnO, T i0 2 és Al2 0 3 - a MnO kivételével - CaO-dal komplex vegyületet képeznek és CaF2 jelenlétében jelentős részük átmegy a salakba. így CaO—CaF 2 alapú salak esetén, ha a bevonat ferrotitán-tartalma 10...15 % (2,0...2,5 % titán), az ömle­ dék oxigéntartalma mintegy 0,02 %-ra csökkenthető (46. ábra).

46. ábra Bázikus bevonatú elektródával képzett ömledék oxigéntartalma a bevonat ferro-titán tartalmától függően Ferro-titánban Ti » 15 %

A hegesztéstechnológia és a varratfém előírt tulajdonságainak elérésére a gáz- és salakképző karbonátokon, a salakosító folypáton és a dezoxidáló és ötvöző mangánon, szilíciumon és a dezoxidáló titánon, ill. alumíniumon kívül a bevonat egyéb alkotókat is tartalmaz: a bevonatot kötő szilikátokat, ívstabilizáló alkotókat. Bázikus bevonat optimális összetétele pl. a következő: mészkő 50,%, folypát 18 %, kaolin 8 %, ferromangán 8 %, ferroszilícium 7 %, ferrotitán 9 %. A keverékhez kötőanyagként 25...30 % vízüvegoldatot adagolnak. Ilyen bevo­ natú elektródából képződő ömledék összetételét a 13. táblázat tartalmazza. Az ömledék nitrogéntartalmából következik, hogy ez a bevonat levegővel szemben jó védelmet nyújt. Az ömledék oxidáltsága kicsi. A salak erősen bázi­ kus, meghatározó összetevője a CaO, a FeO-tartalma csak kis hányada az oxi­ dáló bevonat salakjáénak és kisebb, mint a rutilos bevonattípusé. A salak összetétele %-ban: CaO S i0 2 MnO FeO A12 0 3 T i0 2 Na 2 0 + K 2 0 C a F 2 43,0 26,0 84

4,3 2,0

9

3,6

3,1

9,0

Bázikus mutató, B *1,75.

13. táblázat Bázikus bevonatú elektróda huzalának és Ömledékének összetétele Vizsgált anyag

Összetétel, % Mn

S

P

C

Si

Elektródahuzal

0,08

nyo­ mok­ ban

0,53

0,029

0,024

0,020

0,004

Ömledék

0,10

0,42

1,21

0,020

0,025

0,027

0,018

N

A salak erősen bázikus jellege miatt azonban a FeO nincs lekötve, hanem aktív állapotban van, ezért a salak enyhén oxidál a kis FeO-tartalom ellenére. A mészkő bomlásakor képződő gáz teljes mennyisége C 02, de az ívgáz össze­ tétele ettől jelentősen eltér: C02

CO

H2

23%

56%

6

%

H20

CnHm

13%

2% ,

A CO nagy mennyisége az oxidációs folyamatok következménye. Az összeté­ telből következik, hogy a C 0 2 nem használódik el teljes mértékben az oxidá­ cióra, ezért az ívgáz az ív és a hegfürdő minden hőmérsékleten erősen oxidál. Az ívgáz nagy vízgőz- és a hidrogéntartalmát a kaolin kristályvize adja. Az ív­ gáz oxidációs jellegéből adódóan a leolvadó elektródahuzal fémje és a bevo­ natban levő Si, Mn, Ti, ill. A1 nagymértékben oxidálódik. Az oxidálódás nagyobbrészt az ívben, kisebbrészt a hegfürdőben a cseppek és hegfürdő felü­ letén megy végbe a mészkő bomlásakor képződő (76) C 0 2-dal a (77...80) reakciók szerint, és a C 0 2 bomlásából képződő O-nel

2

CaC0 3 -*> CaO + {C 02 } ,

(76)

{C 02} + [ M n ] ^ ( M n O ) + { CO} ,

(77)

{C 02} + [Si]

{CO},

(78)

(T i02) 4- 2 {CO},

(79)

2 {C 0 2 } + [Ti]

(Si02) +

2

3 {C02 > +2[A1]-*(A120 3) + 3 { C 0 } .

(80)

A (76...80) reakciók már a bevonatban szilárd fázisban megindulnak- A bevo­ natban jelentős mennyiségű dezoxidáló elem esetén az ívatmoszféra erősen oxidáló jellege ellenére az ömledék kis O-tartalmú lehet. A dezoxidálás a heg­ fürdő belsejében megy végbe, a benne oldódott oxigén lekötésével a követ­ kező reakciók szerint 85

[Mn] + [ F e O ] ( M n O ) + Fe,

(81)

[Si] +

[FeO]-> (S i0 2) + 2 F e ,

(82)

[Ti] + 2 [FeO]~> (T i0 2) + 2Fe ,

(83)

2 [Al] + 3 [FeO] - (A12 0 3) + '3 Fe.

(84)

2

Csak Mn-nal és Si-mal való dezoxidálás hatékonysága nem kielégítő, az ömle­ dék oxigéntartalma 0,05...0,07 %, közelítőleg azonos a rutilos bevonatúval ké- ♦ szült ömledékével. A Mn-on és a Si-on kívül Al-ot, ill. Ti-t is be kell vinni, amelyekkel intenzíven csökkenthető az ömledék O-tartalma (l. a 46, ábrát). Eltérően az oxidálódástól, a dezoxidálás (81...84) nem felületen, hanem a hegfürdő belső részében megy végbe. A képződő dezoxidálási termékek egy része a salak nagy CaO-tartalma miatt C a O S i0 2; C a 0 -T i0 2 és Ca0*Al 2 0 3 komplex vegyületet képez. Ez és a CaF 2 jelenléte teszi lehetővé a képződő dezoxidációs termékek jelentős részének átm enetét a salakba, ezáltal az ömle­ dék kevés oxigént, ill. zárványt tartalmaz. Mivel a T i0 2 komplex képzési affi­ nitása a CaO-val nagyobb, mint az Al2 0 3 -é, így az előbbi könnyebben kiválik a hegfürdőből. Az ömledékben maradt T i0 2 komplex zárványban van jelen, míg az A12 0 3 jelentős részének megjelenési formája korund és spinéi, ame­ lyek hatása a képlékenységre, de főleg a szívósságra kevésbé kedvező, mint az előbbié. így bázikus bevonatba célszerűbb Ti-t vinni be az Al-mal szemben. Az ömledékben maradó dezoxidációs termékek vegyes összetételű zárványo­ kat képeznek. A zárványok nagyobb részét az O-hez nagyobb affinitású ele­ mek oxidjai alkotják, amelyek jellemző összetétele %-ban; S i0 2

MnO

T i0 2

35

17

45

FeO 3

összetételében nagymértékben eltér az oxidáció, savas és rutilos bevonatú elektródákkal képzett ömledékek zárványaitól. Ez abból adódik, hogy az oxi­ dáló és savas bevonat esetén a dezoxidálást elsősorban a Mn,7 rutilos bevonat r esetén a Si és a Mn végzi. így a zárványok nagyobb része MnO és S i0 2 . Bázi­ kus bevonat esetén a Ti - kisebb részben a Si - a fő dezoxidáló elem. Ötvö­ zött ömledéket adó elektródából képződött nemfémes zárványokban jelen vannak egyéb elemek is, a dezoxidálásban való részvételüktől függően; pl. Cr-mal és Ni-lel erősen ötvözött sav- és korrózióálló ömledék oxidzárványa jelentős mennyiségben Cr2 0 3-ot tartalmaz. Ni oxidját nem tartalmazza, mert az elem 0 2 -hez való kis affinitása miatt nem vesz részt a dezoxidálásban. A bevonatban és a maghuzalban levő kénnek csak kis része megy át a salakba: Salakban, S, % Ömledékben, S, % 86

0,015 0,021

0,022 0,047

0,032. 0,091.

Ezért az elektródák kéntartalmával fokozottan nő az ömledék S-tartalma, m ejt a salakban levő S i0 2 és T i0 2 a CaO-dal komplex vegyületet képez, így a CaO aktivitása kicsi. így az (57) reakció korlátozott mértékben megy végbe. Ezért az elektródabevonat anyagának kéntartalmára előírt követelmény szigorú. Az ömledék növelt Mn-tartalma folytán azonban a kén kedvezőbb eloszlású a Mn és a Fe között, az egyéb bevonattípusokhoz viszonyítva. A kén Mn-nal és Fe-m 4 (l lekötött aránya: MnS/FeS ^ 2 , 0 . A kén nagyobb részének MnS formában való jelenléte a bázikus bevonatú elektródával képzett varrat­ fémnek kisebb kristályosodási repedékenységet és nagyobb szívósságot ad, mint a megelőző típusokkal képzett varratfémé. A nemfémes, oxid és kénzárványok mennyiségét -■ de főleg a megjele­ nési formáját és eloszlását — alkáli, alkáli-földfémek és ritkaföldfémek, pl. a kalcium, cérium, ittrium, lantán jelentősen megváltoztatja. Jelenlétükben a bevonatban a titán és alumínium mellett, tovább csökken az ömledék oxi­ géntartalma és gömb alakú oxiszulfidok képződnek. A kalcium, cérium, lantán és ittrium oxiszulfidjait a folyékony vas rosszul nedvesíti, így ezek könnyebben kiválnak a hegfürdőből. Ezért ezek az elemek csökkentik a var­ rat kristályosodási repedékenységét, növelik a szívósságát, és az átmeneti hő­ mérsékletét negatív irányban tolják el. Bázikus bevonatú elektróda használatakor a szilícium, mangán, titán, kalcium, cérium stb. a hegfürdő dezoxidálásán kívül az ívgáz dezoxidálásában is részt vesz. Ezt jellemzi a bevonatban levő, a huzal tömegére átszám ított szi­ lícium és mangán ömledékbe való átmenete (47. ábra). Si ^ 0 %, Mn = 0,38 % tartalmú huzal ömledékében 0,04...0,06 % Si lesz, ami a bevonat S i0 2 reduk-

Siö' Miv

47. ábra Bázikus bevonatú elektródával képzett ömledék Siö- és Mnö-tartalma, a bevonatban levő huzalra vonatkoztatott Sie -tartalom függvény ében. A bevonatban: CaC03 « 50 %, CaF2 « 20 % Si'ö és Mn~ az elektróda 0,38 % Mn-tartalmánál; Si^ és Mn~ az elektróda 2,0 %-Mn-tartalmánál

87

ciójának (41) eredménye (Si' görbe). Az elektróda szilíciumtartalmának növe­ lésével 1 ,6 ... 1 , 8 %-ig az ömledékben a szilícium kevésbé, e felett erősen nő. Ez azt jelenti, hogy eddig a mennyiségig a szilícium nagyobbrészt az ívgáz dezoxidálására használódik el, kiég. Az elektróda mangántartalmának jelen­ tős, 2 , 0 %-ra való növelésekor a szilícium kiégése csak kissé csökken (Si,f gör­ be). Az ömledék mangántartalmának változása az elektróda szilíciumtartal­ mának függvényében az előbbivel majdnem azonos jellegű. A mangán kis szilí­ ciumtartalom esetén az ívgáz dezoxidálásában jelentős mértékben vesz részt. A szilícium növelésével nő a mangán átmenete az ömledékbe, mivel az ívgáz dezoxidálásában alapvető szerepe az előbbinek van. A mangán az oxidálódásón kívül számottevő mennyiségben el is gőzölög. A mangán és szilícium oxidációjának mértéke — az elektródában levő mennyiségükön kívül - jelentősen függ az ívfeszültségtől és az áramerősség­ től: az ívfeszültséggel nő, az áramerősséggel csökken a kiégésük (48. ábra). Mn,

48. ábra Bázikus bevonatú elektródával képzett ömledék szilícium- és mangántartalma az t/j ívfeszültség függvényében különböző áramerősséggel való hegesztéskor a) szilícium tartalom; bj mangántartalom

Ez azzal magyarázható, hogy az ívfeszültséggel nő a le olvadó huzalcseppek ívben való átmeneti ideje, azaz az oxidáció időtartama. Az áramerősség hatása ezzel ellentétes. Bázikus bevonatú elektródánál ~ 35 % bevonattényezőnél a szilí­ cium és mangán átmeneti tényezője: MSi ^ 0,4...0 ,6 ; ^Mn ^ 0,5...0,6, a titáné sokkal'kisebb. Bázikus elektródával hegesztve a nedvesség, a reve és rozsda miatti porozitásképződés veszélye nagyobb, mint az egyéb bevonatú elektróda használata esetén. Ez azzal magyarázható, hogy a salak bázikus jellege miatt a Si0 2 kö88

49. ábra Bázikus és oxidáló bevonatú elektródával képzett ömledék O 2 -oxigéntartalma a bevonatból képződött salak FeO-tartalmától függően _________ bázikus ________ oxidáló bevonatú elektróda

tött, így nem semlegesíti a FeO-ot. Ezért a salak FeO-tartalmának kismértékű növekedése az ömledéket nagymértékben oxidálja (49. ábra). Már a salak 3..A %:os FeO-tartalmánál a hegfürdőben oldódott oxigén kb. 0 , 1 %. Ugyanez a mennyiségű oxigén oxidáló bevonatú elektródával való hegesztéskor, a salaknak 25...30 % FeO tartalmánál figyelhető meg. A hegesztési éleken a rozsda, de főleg a reve mennyiségének növekedésével nő az ömledék oxigéntartalma, csökken a szilícium és a mangán átmenete (14. táblázat). A fürdő dermedésben levő részén, amíg a [C] - [0 ] szorzat értéke az egyensúly alatt van, az (51) reakció, a CO-kiválás nem megy végbe, a varrat tömör. Az ömle­ dék oxidáltságának növelésével a [C] * [0 ] értéke megnő, nagyobb lesz az egyensúlyinál, a dezoxidálást a szén veszi át az (51) reakció szerint. Ez CO-kiválással jár, ami porozitást okozhat. A [C] • [O] és [Si] • [O] 2 egyensúlyi és tényleges értékeinek összeha­ sonlításából következik, hogy a hegfürdő dermedési hőmérséklete feletti tar­ tományokban a szénnel való dezoxidálás termodinamikai valószínűsége adott. 14. táblázat Bázikus bevonatú elektróda ömledékének Összetétele és tömörsége az ömledékben levő oxigén (hegesztési éleken levő révé) függvényében [C M O H O -3

összetétel, %

ml/100 g

tény­ leges

0,006

2,1

0,48

1,00

0,016

2,6

1,2

0,14

0,52

0,039

2,0

2,7

0,02

0,03

0,170

0,8

9,4

C

Si

Mn

[01

0,08

0,38

1,20

0,07

0,30

0,07 0,06

[H]d

egyensú­ lyi 1540 °C-on

Tömörség

tömör 2,4

porózus nagyon porózus

89

15. táblázat Bázikus bevonat ferrotitán-tartalmának hatása a gáz-zárványképződésre Az ömledék N-tartalma Ferrotitán a bevonatban, %

N = 0,017 %

N - 0,038 %

Gázzárványok jelenléte, száma 0

12

6

4

nagyon sok 8

12

nincs

nincs

15

nincs

nincs

18

nincs

nincs

Megjegyzés: a ferrotitánban Ti = 18 %

Az (51) reakció lefolyása erős dezoxidáló elem bevitelével a bevonatba el­ nyomható. így a bevonat ferrotitán-tartalmának növelésével a varrat porozitása csökken, majd megszűnik (15. táblázat). Az ömledék kis nitrogéntar­ talma esetén (N = 0,017 %) a titán hatása az (51) reakció elnyomásán keresz­ tül érvényesül a szilíciumhoz hasonlóan, de annál jelentősen nagyobb intenzi­ tással. A nitrogén tartalmat növelve (N = 0,038 %) - amikor is egyedül a nit­ rogén is előidézhet porozitást — a titán hatása a nitrogén lekötésén keresztül is érvényesül, a varratfém dermedés! hőmérséklete felett közvetlenül. Az alumínium hatásmechanizmusa megegyezik a titánéval, de a CO okozta porozitásképzodés megelőzéséhez több alumínium kell. A nedvességtől és rozsdától való porozitásképzodés a hidrogén hatásával magyarázható. Jól dezoxidált hegfürdőben a magas hőmérsékletű részen a hidrogén oldódik, mennyisége a hegfürdőben megnő, majd a dermedésben levő részén az oldhatóság nagymértékű csökkenése miatt intenzíven kiválik és porozitást okozhat. A hidrogén hatását csökkenti a folypát, amely a hidro­ gént részben leköti (64...66), a keletkező gáz eltávozik, mivel a salak-fém fázisfelületen képződik. A (64.r.66) reakciók lefolyásához szabad állapotban levő szilícium-dioxid szükséges. Bázikus salaknál a szilícium-dióxid kötöttsége miatt ezek a reakciók csak kis intenzitással mennek végbe, a folypát hatása így korlátolt. így bázikus bevonatú elektródával képzett varratban a szén-monoxid és a hidrogén okozhat porozitást —mint oxidáló bevonatú elektróda haszná­ lata esetén —, de más módon. A nitrogén növelt ívfeszültséggel (ívhosszal) való hegesztéskor okozhat porozitást, amikor a gázvédelem csökken. 90

Az ismertetett folyamatok alapján kidolgozott kedvező hegesztéstech­ nológiai tulajdonságú és kiváló minőségű varratfémet adó, a gyakorlatban elterjedt bázikus bevonatok összetétele, %: Karbonát Folypát Alumíniumszilikát Rutil Ferromangán Ferroszilícium Ferrotitán vagy alumínium

30...35, 20...40, 5...15, 1 0 -ig, 5. . . 8 , 5. . . 8 , 8...15,

Az alumínium alkalmazása kevésbé terjedt el. Tartalmazhat még néhány százalék kalcium-,cérium-,lantán-,ittrium-,ill. egyéb alkáli és ritkaföldfém-öt­ vözetet, cirkon- és más oxidokat is. A hegesztéskor képződő salak bázikus mutatója.# = 1,4...2,2. Az elter­ jedt bevonatok többsége CaC0 3 -C aF s-S iC ^ összetevők alapján minősítve az 50. ábrán bejelölt területen helyezkednek el. sícv

//// // / /

Elterjedi Összetétel

A legkedvezőbb technológiai tulajdonságú összetétel

50. ábra Az elterjedt és a legkedvezőbb technológiai tulajdonságú bázikus bevonatok összetétele CaC03 -C aF 2—S i0 2 rendszerben számolva

Technológiai jellemzői: A bázikus-folypát bevonatú elektródákkal egyenárammal fordított polaritással hegesztenek. A típust nagycseppes leolva­ dás jellemzi, ami alig változik az ívfeszültséggel és az áramerősséggel. A bevo­ nattípuson belüli összetétel változtatásával érdemben nem befolyásolható a cseppátvitel jellege. A hegfürdő hígfolyóssága kisebb, mint az oxidáló és a savas bevonatú elektródáé, így a hegesztési élek illesztésével szemben támasz­ tott követelmény is kisebb. Az ív stabilitása kicsi, ezért leszorított, rövid ívvel kell hegeszteni. Az ívhossz növelése ezenkívül azért sem kívánatos, mert a szi­ lícium, a mangán és főleg a titán fokozott mértékű kiégését okozhatja. Ezáltal 91

nő a varratfém oxigén- és nitrogéntartalma, romlik a képlékenység, a szívósság és különösen nő a porozitás veszélye. A bázikus-folypát bevonatú elektródá­ nak van váltakozóárammal hegeszthető változata is. Ennek a bevonata több (kb. 5...8 %) kálium-oxidot tartalmat az ívstabilitás növelésére, ezért igen higroszkopikus. A nagycseppes leolvadást és a kis ívstabilitást a folypát okozza. Ezek a hátrányok kettős bevonatú elektródák használatával csökkenthetők, amelynek bevonatában nem keverik be a folypátot, hanem külső rétegként viszik fel, hogy az ívvel közvetlenül ne érintkezzen. A bázikus elektródákkal hegesztés minden helyzetben végezhető, de a függőleges és a fej feletti hegesztés - a nagycseppes átmenet és a rövid ív miatt —a hegesztőtől magasabb képzettséget igényel. A képződő salak varrat­ formáló képessége kitűnő. A bevonat sűrűn folyó szűk hőmérséklet-tarto­ mányban dermedő, rövid, a varratról hideg állapotban könnyen leváló sala­ kot ad. A beolvadás közepes. A varrat enyhén domború, a nagycseppes leolva­ dás miatt durván pikkelyezett. Rozsdás, revés és olajos élek hegesztése és az ívhossz növelése fokozza a porozitás veszélyét. A jó minőségű varrathoz a szá­ rítási és hegesztéstechnológiai előírásokat szigorúan be kell tartani. A bázikus bevonat nedvességtartalma szállítási állapotban, ill. tartós tárolást követően mintegy 0,5...1,0 %, ami porozitást idéz elő és az ömledékben jelentős menynyiségű diffúzióképes hidrogént képez. Ezért a bázikus bevonatú elektródákat hegesztés előtt szárítani kell. A szárítási hőmérséklettel nagymértékben csök­ ken a bevonat nedvessége, a porozitás veszélye, a varratfém diffúzióképes hid­ rogéntartalma (51. ábra). Az utóbbinak az edződésre hajlamos acélok hegesz­ tett kötései hőhatásövezetében van jelentősége a hidegrepedés képződése EH]d.

51. ábra Bázikus bevonatú elektródával képzett ömledék [HJd diffúzióképes hidrogéntartalma a szárítási t hőmérséklet függvényében hőntartás 1 h

92

52. ábra A bevonat vasportartalmának és az / áramerősségnek a hatása a fröcskölésre a görbékre írt értékek a vasportartalmat jelentik; elektródaátmérő: 4 mm

Oz» */• 0,12

20

0,10 15 0,08 10

1

CA

0,06

Ii

0,04

1

\A

0,02

RB Q)

53. ábra

Az ömledék

R

B

RB

b) oxigéntartalomnak irány értékei bevonattípustól függően

bevonattípus. O oxidáló A savas, C szerves, R rutilos, RB rutilbázikus, B bázikus a) a fröcsköl és mértéke; b) az ömeldék oxigéntartalma

szempontjából. Mivel a bevonat nem tartalmaz szerves alkotót, az elektróda magas, 250...350 °C-on szárítható. Egy-két órás hőntartáskor a higroszkopikus nedvességen kívül az ásványok kötött vizének egy része is eltávozik. A fröcskölési veszteség közepes, az áram polaritásától és nagyságától függően 5 .. . 1 2 % és a bevonat vasportartalmának növelésével jelentősen csök­ ken (52. ábra). A vasport nem tartalmazó bevonatú elektróda fajlagos leolva­ dása 8,0...9,5 g/(A-h). A bevont elektródák egyik alapvető technológiai tulajdonságát a fröcskölést és az ömledék oxigéntartalmát a bevonattípustól függően az 53. ábra hasonlítja össze. Bázikus-folypát bevonatú elektródával képzett ömledék nemfémes zár­ vány- és hidrogéntartalma a legkisebb az egyéb bevonatúakhoz viszonyítva. Ezzel a típussal hegesztve a legkisebb a varrat kristályosodási, a hőhatásövezet hidegrepedési valószínűsége, legkedvezőbb a szívóssága, és átmeneti hőmérsék­ lete. Az ömledék kis oxidáltsága folytán ez a típus a legalkalmasabb ötvözött ömledéket adó és vasporos nagyhozamú elektródák készítésére, amelyekkel széles határok között változó tulajdonságú ömledékek állíthatók elő. Ötvö­ zött ömledék előállításához a maghuzal összetétele általában közelítőleg azo­ nos az ömledék igényelt összetételével. Ebben az esetben a bevonat olyan és annyi ötvözőt tartalmaz, amennyi a huzalból való kiégés kiegyenlítésére szükséges. Azokban az esetekben, amikor az igényelt összetételű maghuzal előállí­ tása technológiai, ill. egyéb okok miatt nehézségbe ütközik, akkor ötvözetlen 93

huzalt és bevonatötvözést alkalmaznak. Ilyen pL a gyorsacélfelrakó elektróda, amely a karbidos szövetszerkezete miatt nem alakítható megfelelően mag­ huzallá. Bázikus elektróda ötvözetlen ömledékének jellemző összetétele, %:

bű G % (Ü H

o 5TO 03h

'íd ’x O n 'D X! > c»

obű £ -tO o

p< SU Í ■O *6

3|9f