Взаимодействие наплавляемого металла с водородом.

Источниками водорода в газовой фазе зоны сварки могут служить атмосферная влага, влага покрытия электрода или флюса, конституционная влага ржавчины на свариваемых кромках и т. д. Образующиеся вследствие этого водяные пары диссоциируют и повышают концентрацию водорода в газовой фазе.

Влияние температуры на степень диссоциации молекулярного водорода
Рис. 1. Влияние температуры на степень диссоциации молекулярного водорода

В зависимости от температуры газовой фазы водород может находиться в ней в различных состояниях: молекулярном, атомарном и ионизированном. При высоких температурах происходит частичная диссоциация молекулярного водорода на атомарный:

H_2 = 2H - 434,6~~{к Д ж} / {м о л ь}

а также на атомарный и ионизированный:

H_2 = H + H^+ + e - 1747,9 {к Д ж} / {м о л ь}

Степень диссоциации молекулярного водорода на атомарный в зависимости от температуры показана на рис. 1. Из приведенных данных следует, что в столбе сварочной дуги (Т = 5000 — 6000 К) подавляющее количество водорода находится в атомарном состоянии. Практически полное разложение водяного пара с образованием свободного водорода или гидроксида происходит при его взаимодействий с железом, ферросплавами и расплавленным шлаком по реакциям:

Me + H_2 O leftright MeO + H_2

2FeO + H_2 O leftright Fe_2 O_3 + H_2

Me + 2H_2 O leftright MeO + OH + 3H

CO + H_2 O leftright CO_2 + H_2

Концентрация водорода в металле швов зависит от температуры, до которой нагревается в дуге металл, химического состава металла и парциального давления водорода в атмосфере дуги.

Значительное влияние на содержание водорода в швах оказывает парциальное давление его в атмосфере дуги. По данным работы, введение в зону сварки ржавчины и последующее увеличение ее количества приводят к возрастанию общего объема выделившихся газов. При этом количество выделившегося водорода растет значительно быстрее, чем объемы СО и СО2, в результате резко возрастает количество водорода в металле шва.

Если водород находится в атомарном состоянии, растворимость его в металле при постоянной температуре в состоянии равновесия подчиняется линейной зависимости

delim{[}{H}{]} = K_p_н

где [Н] — растворимость водорода, % (по массе); ρн—парциальное давление атомарного водорода в газовой фазе; К — константа равновесия, зависимая от температуры и фазового (а также агрегатного) состояния металла.

Растворимость водорода, находящегося в газовой фазе в молекулярной форме, подчиняется закону квадратного корня из его парциального давления:

delim{[}{H}{]} = K sqrt{p_н_2}~~~~(1)

где ρн2 — парциальное давление молекулярного водорода в газовой фазе.

Зависимость (1) косвенно указывает на то, что процессу растворения молекулярного водорода предшествует его диссоциация на атомы. Если в газовой фазе водород находится в атомарном и молекулярном состояниях, то его растворимость при постоянной температуре может быть выражена зависимостью

delim{[}{H}{]} = K sqrt{p_{H_2 H}}~~~~(2)

где ρн2н — общее парциальное давление атомарного и молекулярного водорода; X - степень диссоциации водорода при данной температуре.

Константа растворимости водорода К зависит от температуры и состава металла, которая может быть определена уравнением

lg K = -{1745 / T} - 1,72~~~~(3)

Растворимость водорода в железе при парциальном давлении рн2=0,1 МПа в зависимости от температуры показана на рис. 2.

Для приближенной оценки растворимости водорода в расплавленном железе при абсолютной температуре Т и парциальном давлении рн2 в интервале температур до 2570 К можно пользоваться уравнением

lg V = 0,5lgp_н_2 - 1745 / T + 0,888~~{с м^3} / {100}~~~~(4)

На основании расчетов по приведенному уравнению построены кривые (рис. 3).

Растворимость в железе водорода при парциальном давлении <em>р<sub>н<sub>2</sub></sub> = 0,1 МПа</em>
Рис. 2. Растворимость в железе водорода при парциальном давлении рн2 = 0,1 МПа

Влияние температуры и парциального давления водорода в газовой фазе на его растворимость в жидком железе
Рис. 3. Влияние температуры и парциального давления водорода в газовой фазе на его растворимость в жидком железе






Навигация
Болты
Винты, шпильки, штифты, прокладки
Пружины
Заклепки
Шпонки
Гайки
Резьба
Валы
Муфты
Подшипники
Виды соединений
Передачи
Материал
Дополнительные материалы
Госты метизов
Сварка
Мы в соцсетях
podshipniki.moscow применяемость подшипников
Сортовой металлопрокат: str-steel.ru в Москве с доставкой.