Существуют различные методы восстановления (далее — раскисление) металла при сварке, в том числе:
1) раскисление углеродом;
2) раскисление водородом;
3) химическое раскисление;
4) физическое (диффузионное) раскисление.
1. Рассмотрим особенности раскисления металла углеродом. Этот процесс может протекать в 2 этапа:
1) [FeO] + [C] ↔ CO + [Fe];
2) [FeO] + CO ↔ CO2 + [Fe].
При этом наблюдается одновременное присутствие железа, закиси железа, углерода, окиси углерода и углекислого газа.
При сварке наиболее вероятны следующее факторы:
1) при окислении металла устойчивой формой оксида железа будет FeO;
2) раскисление металла углеродом идет только до образования окиси углерода, так как при высоких температурах этот продукт очень устойчив, т. е. по 1-й реакции.
Константа равновесия для этой реакции будет определяться следующим образом:
или после принятых допущений:
На рис. 1 показаны кривые зависимости равновесного содержания оксида железа от содержания углерода в стали при различных температурах.
Из рис. 1 видно следующее:
• с увеличением содержания углерода в металле интенсивно уменьшается содержание в нем закиси железа;
• с ростом температуры процесса раскисляющая способность углерода повышается и раскисление идет значительно полнее, чем при низких температурах.
Однако, несмотря на хорошую раскисляющую способность, углерод как раскислитель находит ограниченное применение. Это объясняется 2-мя обстоятельствами, связанными с тем, что углерод — очень эффективный компонент, недостаток или избыток которого очень существенно отражается на свойствах металла:
а) возникает возможность образования пор в металле шва, в том числе
• если в металле имеется высокое содержание углерода и FeO, то реакция выгорания углерода может протекать бурно;
• на участках, кристаллизующихся в последнюю очередь, где выгорание затягивается;
б) при добавлении во флюс углерода в качестве раскислителя возникает возможность повышения содержания углерода в металле шва, которое не всегда допустимо.