Химические процессы в зоне сварки

При высоких температурах в зоне сварки (2000—6000°С) молекулы газовой атмосферы переходят в атомарное состояние, одновременно происходит разложение материала покрытий. Атомарный водород, кислород и азот интенсивно растворяются в металле, что ухудшает механические свойства шва: снижается пластичность, повышается хрупкость.

Плавиковый шпат и известняк, входящие в состав многих покрытий, разлагаются па составляющие с прохождением следующих реакций:

Свободный фтор ухудшает условия горения сварочной дуги (при дуговой сварке), одновременно свободный водород связывается в устойчивые, нерастворимые в металле молекулы:

Часть серы, растворенной в стали в виде FeS, удаляется в шлак вследствие протекания реакции.

Жидкий металл сварочной ванны может окисляться свободным кислородом газовой атмосферы и кислородом, находящимся на кромках заготовок в виде оксидов (в окалине и ржавчине), под влиянием химически активных к кислороду оксидов кремния Si0₂ и марганца МпО, паров воды и углекислого газа. Оксиды Fe₃0₄ и Fe₂0₃ при сварочных температурах переходят в закись FeO, растворимую в железе:

В результате в шве образуются включения, ухудшающие его качество.

Железо, медь, кобальт, никель поглощают водород в твердом состоянии. При плавлении этих металлов растворимость водорода увеличивается, поэтому при кристаллизации сварного шва возможна его пористость. Титан, ванадий, тантал, ниобий, редкоземельные металлы при большой концентрации водорода поглощают его с образованием гидридов, при малых концентрациях — с образованием твердых растворов. Кремний, алюминий, хром, углерод уменьшают растворимость водорода в сталях.

Азот растворяется в железе, молибдене, титане, марганце с образованием нитридов MeN, которые, увеличивая прочность сварного шва, снижают его пластичность.

Взаимодействуя с железом, сера образует сернистые соединения. При кристаллизации сульфид железа FeS образует эвтектику (жидкая фаза (расплав), находящаяся в равновесии с двумя или более твердыми фазами) FeS—Fe, имеющую температуру плавления 940 °C. Эвтектика располагается между зернами кристаллизующегося железа и вызывает так называемые горячие трещины (красноломкость).

Фосфор содержится в металле шва в виде фосфидов железа FeP и FeP₂. Фосфиды уменьшают ударную вязкость стали и способствуют появлению так называемых холодных трещин. Для уменьшения вредного влияния фосфора в сварочную ванну вводят элементы (кальций или марганец), способные связать фосфор в нерастворимые в железе соединения и удалить их в шлак.