Вплив водню при зварюванні, Зварювання металів та матеріалів
Водень, так само як кисень і азот, розчиняється в металі, що розплавляється при зварюванні. Ой попадає в метал з повітря, що містить пари води, з вологи покриття електродів; з іржі, що знаходиться на поверхні металу виробу та електродів. При високій температурі волога перетворюється на пару і дисоціюється з поглинанням тепла Q:
Водень міститься також в електродних покриттях, таких як крохмаль, целюлоза та ін, а також у самому металі. У невеликих кількостях він розчинний у металі навіть при кімнатній температурі, проте з підвищенням температури його розчинність зростає і при переході металу з твердого стану в рідке збільшується з 0,0007 (8 см 3 на 100 г металу) до 0,0025 % (28 см 3 на 100 г).
Під час зварювання за наявності значної кількості водню у волозі або в покритті електродів збільшується розбризкування, оскільки зі зниженням температури розчинений у ванні водень бурхливо виділяється з металу, викликаючи його кипіння та розбризкування. З початком кристалізації ванни розчинність водню різко падає, атомарний водень виділяється за реакцією
утворюючи молекулярний водень, який нерозчинний у сталі і йде у шлак чи атмосферу. Однак швидкість кристалізації може перешкоджати видаленню всього водню, і частина його залишається у шві у вигляді зовнішніх та внутрішніх пір. Процес виділення водню з металу відбувається при кімнатній температурі в атмосферу і в мікроскопічні порожнини, що є всередині металу. В результаті утворюються внутрішні пори, в яких накопичується водень, створюючи великий тиск, що часто призводить до утворення мікротріщин і, отже, до погіршення характеристик міцності наплавленого металу, особливо пластичності і ударної в'язкості. При зламі такогометалу в ньому виявляються так звані «риб'ячі очі» у вигляді світлих плям невеликого діаметру з маленькою порожниною (іноді) в середині. Наявність «риб'ячих очей» у зламі металу завжди свідчить про насичення його воднем. Для видалення водню іноді вдаються до витримування зварних конструкцій за кімнатної температури. Витримка за нормальної температури 250-300 °З прискорює процес виділення водню. Водень є шкідливою домішкою в сталі, і при зварюванні слід уникати попадання вологи в шов, ретельно очищати поверхню металу від іржі та вологи та застосовувати електроди з добре прожареним покриттям.
Деяку негативну роль при зварюванні грає окис вуглецю СО. Вона нерозчинна у сталі і, перебуваючи в газовому середовищі, що оточує дугу, захищає розплавлений метал від повітря. При утворенні СО у самому металі за реакцією
вона діє як розкислювач металу, що видаляє кисень і відновлює Fe з FeO, що супроводжується кипінням ванни при зварюванні. Якщо не вистачає інших розкислювачів, то може виявитися причиною пористості шва і погіршення якості сталі.
При зварюванні незахищеною дугою метал, що розплавляється, вільно контактує з навколишнім повітрям і насичується киснем і азотом, внаслідок чого метал шва має низьку якість. Межа його міцності дорівнює 34-38 МПа (для низьковуглецевої сталі), відносне подовження - 3-8% і ударна в'язкість KCU = 5-15 Дж/см 2 . Тому зварювання незахищеною дугою не застосовують, а для захисту металу, що розплавляється, від повітря і для поліпшення якості, а також технологічних властивостей процесу зварювання електроди покривають спеціальною обмазкою. Крім того, застосовують захисні гази: аргон, гелій та ін.