Vpliv dezoksidantov na vsebnost kisika v čistem varu in izkoristek Cr iz plašča pri elektroobločnem varjenju DK: 621.791.01 ASM/SLA: K 9n, K la Rajko Kejžar Zakonitosti poteka reakcij med varjenjem z visokolegiranimi oplaščenimi elektrodami (Pr 18/8) so ugotovljene na osnovi matematične obdelave rezultatov raziskav. Pri visoko legiranih elektrodah (legiranje vara s kromom iz plašča) pride do omejitev uporabnosti teh elektrod zaradi visokih minimalnih izkoristkov varjenja. Prenos kisika iz plinske faze v talino žlindre in vara je pri elektrodah, ki so oblikovane na nelegi-rano žico »EO«, nekoliko višji kot pri elektrodah, ki so oblikovane na legirani žici »EPP Cr 6 in PR 18/8« (razlike v odtaljevanju). Razlike v porazdelitvi kroma med žlindro in varom pa so kljub razlikam v načinu legiranja vara s kromom neznatne. Vsebnosti kisika v čistih varih, ki so zavarjeni Z visoko legiranimi elektrodami, so nad 500 ppm. UVOD Pri varjenju z oplaščenimi elektrodami je sestava elektrodne obloge, od katere je odvisna ioni-zacija obločne atmosfere (stabilnost varjenja10)j in sestava varilne žlindre osnovnega pomena za varilno tehnične lastnosti elektrode. Fizikalne lastnosti (predvsem temperatura taljenja in viskoznost) varilne žlindre namreč odločilno vplivajo na možnost varjenja v raznih prisilnih položajih(26), velik vpliv pa imajo tudi na videz in kvaliteto vara. Odločilen vpliv na sestavo vara in v veliki meri tudi na kvaliteto vara pa imajo fizikalno kemični procesi, ki se odvijajo med varjenjetn. To so reakcije prenosa kisika iz plinske faze v talino žlindre in varali ter reakcije vzpostavljanja navideznega ravnotežja med raztaljeno žlindro in kovinsko talino varaC1- 6.13). Zelo kratek čas, ki je na razpolago za potek reakcij med varjenjem — čas od razta-litve do zamrznjenja vara je le 3—8 sekund— onemogoča vzpostavitev ravnotežja. Članek je izvleček iz raziskovalne naloge, ki je bila financirana iz sredstev za raziskave in razvoj Železarne Jesenice ter Sklada Borisa Kidriča. Avtor je doktor metalurških znanosti in raziskovalni svetnik na Zavodu za varjenje SRS v Ljubljani. Naloga je bila izdelana, ko je bil avtor še v železarni Jesenice. I. FIZIKALNE LASTNOSTI VARILNE ŽLINDRE IN SESTAVA ELEKTRODNE ŽICE — OSNOVI PRI IZBIRI POIZKUSNIH ELEKTROD 1. Žlindre, ki nastajajo pri varjenju visokolegiranih prokron jekel Pri varjenju z elektrodami za varjenje visokolegiranih prokron jekel nastajajo odvisno do sestave elektrodne obloge rutilne in bazične žlindre, ki vsebujejo poleg CaF2, CaO, Ti02, Si02 in Cr203 še manjše količine alkalijskih oksidov, MgO, A1203, FeO, MnO in Nb205. Povprečna sestava te vrste varilne žlindre z območjem glede vsebnosti komponent CaF2, CaO in Ti02, ki so močno odvisne od sestave oplaščenja, je podana v tabeli 1. Od sestave varilne žlindre, to je njenih fizikalnih lastnosti (predvsem temperature taljenja in viskoznosti); je odvisna primernost elektrod za varjenje v različnih ilegah, v veliki meri pa sta od fizikalnih lastnosti varilne žlindre odvisna tudi videz in kvaliteta vara'6-26'. Za določanje viskoznosti raztaljenih žlinder obstoji več metod^23'. Stanje varilnih žlinder smo ugotavljali z določanjem temperature zmehči-šča s pomočjo segerjevih stožcev ter z določanjem temperature taljenja in temperature lahko tekočega stanja žlindre po metodi izlivanja žlindre, ki smo jo razvili tako, da čim bolj ustreza dejanskemu stanju varilnih žlinder — kratkotrajno (ca. 5 minut) taljenje pod redukcijskimi pogoji (zaradi dezoksidantov v elektrodi so tudi varilne žlindre delno reducirane, običajno celo bolj kot po 5 minutnem taljenju v grafitnem lončku blizu temperature taljenja/6-24)). Varilne žlindre podobno kot stekla nimajo izrazitega tališča, temveč bolj ali manj široko območje taljenja — omehčanja. Pri razvoju elektrod nas zanimata predvsem temperatura, pri kateri prične žlindra teči (temperatura taljenja — interpolacija krivulje v diagramu, ki podaja temperaturno odvisnost iztekanja žlindre, na 0 %-no iztekanje) in temperatura, ko je žlindra lahko tekoča (80 °/o-no iztekanje)/6.24) Trokomponentni diagrami temperatur zmehči-šča, temperatur taljenja in temperatur lahko teko- Tabela 1 — Povprečna sestava varilne žlindre (solidna dezoksidacija vara — Pr 18/8) MnO FeO (%) (%) MgO Nb2Os 5_45 5—30* 0—40 ca. 20 ca. 3 ca. 5 ca. 7 ca. 3 0—5* ca. 2 ca. 2 Cofj CaO* MgO Slika 3 Trokomponentni diagram lahko tekočega stanja varilnih žlinder Fig. 3 Ternary diagram of low viscous state for vvelding slags Pri vseh treh diagramih (slika 1, 2 in 3) smo opazovali vpliv (CaO + MgO), CaF2 in Ti02 na stanje žlindre. Vsebnost ostalih oksidov, ki so običajno tudi v varilni žlindri, pa je bila približno naslednja: 6,3 % Cr203, 3,3 % MnO, 3,0 % FeO, 1,3 % Fe203, 20,4 % Si02, 3,7 % A1203 in 2 % K20. Izbrane sestave varilnih žlinder, ki naj nastajajo med varjenjem s poizkusnimi visokolegirani-mi elektrodami za varjenje prokron jekel, so v tro-komponentnih diagramih označene z »G«, »H«, »I«, »J«, »K« in »L«. Žlindre omenjenih (izbranih sestav nastajajo pri varjenju z drugo elektrodo vsake od poizkus-nih serij (količina dezoksidantov je pri teh elektrodah izbrana tako, da je čisti var skoraj optimalno dezoksidiran). Elektrode iste serije se med seboj razlikujejo le v vsebnosti dezoksidantov, ki je pri prvi elektrodi serije najmanjša (elektroda vsebuje le legirne dodatke — je brez posebej dodanih dezoksidantov) ter sem jo pri ostalih elektrodah povečeval na račun dodatka Fe v prahu. Zaradi razlik v vsebnosti dezoksidantov v elektrodni oblogi se varilne žlindre iste serije elektrod med seboj nekoliko razlikujejo v vsebnosti FeO, MnO, Si02, Nb2Os in Cr203. Pri varjenju visoko legiranih prokron jekel — razvoju elektrod za varjenje teh jekel — je zelo problematično zapekanje žlindre na var. Odvisno je od sestave varilne žlindre, to je njene kristalne * v trokmponen trnih diagramih (slike 1, 2 in 3) je s spreminjanjem vsote (CaO + MgO) od 0—60 % zajeto tudi področje bolj bazičnih žliinder, ki je zanimivo za razvoj elektrod za varjenja v smeri od zgoraj navzdol. čega stanja za področje žlinder, ki nastajajo pri varjenju visoko legiranih prokron jekel z oplašče-nimi elektrodami so podani na slikah 1, 2 in 3(24>. Slika 1 Trokomponentni diagram zmehčišč varilnih žlinder Fig. 1 Ternary diagram of softening points for welding slags Trokomponentni diagram taljenja varilnih žlinder Fig. 2 Ternary diagrams of melting for vvelding slags rešetke na varu — prisotnosti FeO, Ti02 in špine-lov (Fe, Mn) O. C^OjC28). Pri naših raziskavah so se zapekale na var žlindre sestave »I« in »J«. V tem delu trokomponentnega diagrama je torej področje kemičnih sestav varilnih žlinder (z okoli 20 % Ti02 in nad 10 % CaO), ki niso primerne, da bi nastajale med varjenjem. 2. Vpliv načina legiranja vara na minimalni izkoristek varjenja Oplaščenja poizkusnih elektrod sem izbral na osnovi izračunanih orientacijskih sestav elektrodnih mešanic in izračunanih faktorjev oplaščenja. Oboje sem izračunal iz izbranih sestav varilnih žlinder za oblikovanje na elektrodne žice sestave EO, EPP Cr 6 in Pr 18/8 (glej tabelo 2). Tabela 2 — Sestave elektrodnih žic Vrsta žice C (%) Si (%) Mn Cr (%) {%) Ni (%) Mo (%) Nb (O/o) EO 0,04 0,02 0,47 — — — — EPP Cr 6 0,09 0,25 0,70 6,75 0,35 0,55 — Pr 18/8 0,06 0,40 1,35 19,50 9,50 — 0,5 Vzpostavljanje navideznega ravnotežja sem pri računanju orientacijske sestave elektrodne mešanice in faktorja oplaščenja upošteval tako, da sem ju izračunal na osnovi povprečne vsebnosti Si, Mn, Cr, Ni in Nb v solidno dezoksidiranem varu (glej tabelo 3) in odgovarjajoče povprečne vsebnosti FeO, MnO, Si02 in Cr203 v varilni žlindri (glej tabelo 1). Tabela 3 — Povprečna sestava solidno dezoksi-diranega visoko legiranega vara (Pr 18/8) Si Mn Cr Ni Nb (%) ('%) (%) (%) (O/o) 0,5 1,0 18,5 8,5 ca. 1,0 Poseben problem, ki se pojavi pri izdelavi visoko legiranih elektrod (legiranje vara iz plašča), pa je visok minimalen izkoristek varjenja. Te vrste elektrode imajo tudi visok faktor oplaščenja. Pri visoko produktivnih elektrodah zvišujemo izkoristek varjenja z dodatkom »Fe v prahu« v elektrodno mešanico (plašč). Elektrode, ki v plašču nimajo »Fe v prahu«, imajo minimalen izkoristek varjenja — elektrodna mešanica (en. 1) ne vsebuje Fe v prahu. Je + KI + Ru + FeMn + FeSi + FeCr + FpNThTa 4- Mi 4- CpjI = 100 (en. 1) + FeNbTa + Ni + Cel = 100 Izkoristek varjenja se poveča le zaradi legiranja vara T] = Gž+G: kov g5 (en. 2) Gkov: [(FeMn + FeSi + FeCr + NeNbTa + Ni)-— (Feoks + Mnoks + Sioks + Croks + Nboks) ] = _ Gn _ Gži _ Vž. 0,231.7,8 . tj Žl C 21 100. z (en. 3) — = 0,231 (isto razmerje kot pri bazično opla- Gv ščenih elektrodah za varjenje nele- giranih in nizko legiranih jekel — lit. 6) 21 = 100.z Gv = Vž. 7,8 . tj Legenda oznak pri enačbah 1, 2 in 3: Je, KI, Ru, FeMn, FeSi, FeCr, FeNbTa7~Ni in Cel — % jedavca, kalcita, rutila, FeMn, FeSi, FeCr, FeNbTa, Ni v prahu in celita v elektrodni mešanici (tudi količina v gramih na 100 g elektrodne mešanice) 21 — količina varilne žlindre; računano v gramih na 100 g elektrodne mešanice Feoks, Mnoks, Sioks, Croks in Nboks — količina Fe, Mn, Si, Cr in Nb, ki se oksidira; računamo v gramih na 100 g elektrodne mešanice Gž, Gv, Gži in Gkov — količina žice, vara, žlindre in količina kovine, ki pridejo v var iz elektrodne obloge; računano v gramih na količino žice: G, = 7,8 . V, Vž — volumen žice (Vž = h . u . d2 ) "H — izkoristek varjenja z — konstanta; določa razmerje med količino neke sestave v žlindri in elektrodni mešanici pri izbrani elektrodi Opomba: Izračunavanje orientacijskih sestav elektrodnih mešanic, faktorjev oplaščenja in minimalnih izkoristkov varjenja je podrobno obdelano v prilogi literature 6 in poročilu Metalurškega inštituta v Ljubljani z istim naslovom, kot ga ima članek (članek je izvleček iz tega poročila). Za izdelavo visokolegiranih oplaščenih elektrod (Pr 18/8) sem izračunal po enačbah 1, 2 in 3 (z upoštevanjem sestave žice, vara in žlindre; primer: FeMn = in Mnoks = (Mnv — Mnž) + Mnž] 0,8 % MnO 55 100 71 .21 Mnž, Mnv in Mnžl — količina Mn v žici, varu in žlindri; računano v gramih na 100 g elektrodne mešanice. % MnO — vsebnost MnO v varilni žlindri], da so v primeru žlindre sestave »G« pri razmerju Gžl/Gv = 0,231 in oblikovanju na žice EO, EPP Cr 6 in Pr 18/8 naslednje minimalne vrednosti za izkoristek varjenja Cnmin) in faktor oplaščenja (^min ) • EO — žica ti™ =1,71 fmin = 1,96 EPP Cr 6 — žica T]min =1,51 fmin = 1,88 PR 18/8 — žica T)min = 0,995 fmin = 1,57 Pri izdelavi visokolegiranih elektrod (legiranje vara s kromom iz plašča) pride do omejitev le zato, ker imajo te elektrode vedno visok minimalen izkoristek varjenja in so zato neprimerne za posebne zahteve varjenja. Nizek izkoristek varjenja — varjenje v tankih slojih — je le pri visoko legiranih elektrodah, pri katerih je legiranje vara s kromom iz elektrodne žice. II. POTEK REAKCIJ MED VARJENJEM 1. Dezoksidacija vara Pri varjenju z oplaščeni-mi elektrodami se iz taline vara ne uspe izločiti celotna količina oksidnih vključkov. Preostali oksidni vključki zvišujejo vsebnost kisika v varu. Ta je v varih, ki so zavar-jeni z elektrodami za varjenje nelegiranih in nizko legiranih jekel, redno nad 200 ppm (glej literaturo 6 in 30), v varih, ki so zavarjeni z elektrodami za varjenje visoko legiranih prokron jekel, pa nad 500 ppm (glej sliko 4). Razlike nastopijo zaradi razlik v koeficientih termodinamične aktivnosti, ki jih lahko izračunamo s pomočjo konstant medsebojnega vpliva »e;(j>«(4'5) po naslednji enačbi'6-7': log f0 = e0(C) (o/o C) + e0(Si) (% Si) + e0(Mn> (% Mn) + e0 (% Cr) + e0 (% Ni) log f0 = —10-2 (13 . % C + 14 . % Si + 4,1 , . % Cr — 0,6 . % Ni) (en. 4) a) Nizko legiran var (0,08 % C, 0,5 % Si, 0,9 % Mn); f0 = 0,83 b) Visoko legiran var (0,07 % C, 0,5 % Si, 1,0 % Mn, 18,5 % Cr, 8,5 % Ni); fo = 0-13 Ravnotežne vsebnosti kisika pri optimalno dezoksidiranih varih (optimalna žilavost vara), ki so zavarjeni z elektrodami za varjenje nelegiranih in nizko legiranih jekel, so okoli 50 ppm'6). Ravnotežna vsebnost kisika pri enako dezoksidiranih varih, zavarjenih z elektrodami za varjenje prokron jekel, bo torej naslednja: a/0/ — nizko hegiran var = a/0/ — visoko legiran var (pogoj, da sta vara enako dezoksidirana) /% O/ . f„ = konst.; (50 ppm 02 = 0,0050 % 02) , . 0,0050 . 0,83 /% O/ — visoko legiran var =-= 0,13 = 0,0320; 320 ppm 02 Če prištejemo izračunani ravnotežni vsebnosti kisika še kisik, ki je vezan v vključkih (ta je pri legiranih in nelegiranih varih približno enak — nad 150 ppm), dobimo, da je celotna vsebnost kisika v varu nad 470 ppm. To se povsem ujema tudi s praktičnimi ugotovitvami, da je vsebnost kisika v visokolegiranih varih (Pr 18/8), ki so optimalno dezoksidirani, običajno nad 500 ppm. Celotna vsebnost kisika v visoko legiranem varu (Pr 18/8) je v odvisnosti od dodatka dezoksidantov v elektrodni oblogi prikazana na sliki 4. Gv___ Slika 4 Vpliv dodatka dezoksidantov v elektrodni oblogi na celotno vsebnost kisika v varu Fig. 4 Influence of addition of deoxidizing agents in the electrode coating on the total oxygen content in the weld V diagramu sem dodatek dezoksidanta v elektrodni oblogi prikazoval kot »G0(dezokS)/Gv«, to je kot količino kisika, ki jo teoretično lahko vežejo dezoksidanti v elektrodni oblogi na enoto vara. Računal sem jo po naslednji enačbi'6': Gotdezoks.) _ 2 (dezoks_ 2 o/o Me v dezoks. . Gv x. MMe . 10-2). Gžl (en. 5) 21. Gv dezoks. — so % FeMn, % FeSi, % FeTi, % FeCr in % FeNbTa v elektrodni mešanici % Me v dezoks. — vsebnost kovin (Mn, Si, Ti, Al in C) v dezoksidantih MMc — atomska masa kovine »Me«, ki tvori oksid MexOy Iz slike 4 je razvidno, da pri visoko legiranih elektrodah tudi legirnd elementi vplivajo na dez-oksidacijo vara. Le pri močno bazično oplaščenih elektrodah (glej BL [žl.] na sliki 4) je po varjenju z visoko legiranimi elektrodami z nizko vsebnostjo dezoksidantov v plašču (prva elektroda vsake serije elektrod je bila pripravljena brez dodatka dezoksidanta — FeSi) celotna vsebnost kisika v varu zelo visoka. Previsok dodatek dezoksidantov v elektrodi ne vpliva bistveno na znižanje celotne vsebnosti kisika v varu, povzroči pa poslabšanje žilavosti vara zaradi legiranja vara s Si in Mn. Količina dezoksidantov, ki mora biti v elektrodi, da dobimo po varjenju optimalno žilavost vara, je odvisna predvsem od sestave in debeline opla-ščenja/6/. Med varjenjem poteka oksidacija elementov (poraba dezoksidantov) le s kisikom, ki pride iz plinske faze v talino žlindre in vara, ter kisikom, ki vstopa v reakcije vzpostavljanja navideznega ravnotežja zaradi redukcije varilne žlindre/6/. 2. Prenos kisika iz plinske faze v talino žlindre in vara Vzrok za prenos kisika iz plinske faze v talino žlindre in kovine je oksidacija površine kapljice/6, 12/> nastanek feritov/19/ in prenos vodika v var/«/. Prenos kisika iz plinske faze v talino žlindre in vara je odvisen od sestave elektrode na naslednji način: a) elektrodna obloga — fizikalne lastnosti in bazičnost teoretične taline elektrodne obloge, to je žlindre, ki nastaja ob nastanku kapljic, vplivajo na hitrost reakcij s plinsko fazo (zvišanje bazičnosti jih pospešuje) — sestava varilne žlindre in količina plinov, ki nastajajo med varjenjem, pa vplivata na odta-ljevanje (velikost kapljic) b) elektrodna žica — na odtaljevanje, to je velikost kapljic, vpliva tudi dezoksidiranost kapljic. Prenos kisika iz plinske faze v talino žlindre in vara za varjenje z visoko legiranimi elektrodami (Pr 18/8) je v odvisnosti od bazičnosti teoretične taline in odtaljevanja podan na sliki 5. Ugotovitve se ujemajo z ugotovitvami glede velikosti odtaljenih kapljic in »prenosa kisika« pri varjenju nelegiranih in nizkolegiranih jekel (glej literaturo 6 in 30). Dopolnjene pa so še glede vpliva uporabe različno dezoksidiranih in legiranih žic pri izdelavi elektrod ter glede vpliva nastajajočih plinov C02 na velikost odtaljenih kapljic in »prenos kisika«. Kapljice, ki se odtaljujejo pri varjenju z oplaščenimi elektrodami Oblikovanimi na žico EO, ki vsebuje bistveno manj dezoksidantov kot žica Pr 18/8 (glej tabelo 2), so ob nastajanju slabše dez-oksidirane kot kapljice, ki se odtaljujejo pri varje- Bi - Ibazičnost teoretične talne "elektrodne obloge: Bl^larHi/20/) Srednje vrednosti dO2(g/m J in d kapljic so označene na naslednji način: x - elektrode oblikovane na žico EO 4- -,- EPPCr 6 o _ —. ,--pr is/8 Op.:Številka ob to&i pomeni serijo ekktrodm obloge Slika 5 Odvisnost prenosa kisika iz plinske faze v talino kovine in žlindre od sestave elektrodne žice in elektrodne obloge (bazičnosti teoretične taline elektrodne obloge in odtaljevanja — poprečne velikosti kapljic) Fig. 5 Relationship betvveen the oxygen transfer from the gaseous phase into the molten metal and slag, and the composition of electrode wire and electrode coating (basicity of theore-tical melt of the electrode coating and melting rate — average size of drops) nju z ustreznimi elektrodami, oblikovanimi na žico Pr 18/8. Ker je kisik površinsko aktivna snov, ki zmanjšuje površinsko napetost ter s tem v zvezi velikost kapljic/27/, je razumljivo, da so slabše dezoksidirane kapljice, ki nastajajo pri varjenju z oplaščenimi elektrodami, oblikovanimi na EO — žico, manjše velikosti (črtkana krivulja v spodnjem diagramu na sliki 5). Odtaljevanje v drobnejših kapljicah pa je vzrok za višji »prenos kisika« pri varjenju z oplaščenimi elektrodami oblikovanimi na EO — žico (črtkana krivulja v zgornjem diagramu na sliki 5). Odstopanja od krivulj pojasnjuje vpliv, ki ga ima sestava elektrodne obloge, to je sestava varilne žlindre (fizikalne lastnosti; ternp. taljenja in viskoznost) in količina nastajajočih plinov C02 (glej tabelo 4 — zvišanje količine nastajajočih plinov C02 povzroči odtaljevanje v drobnejših kapljicah ter s tem povečanje »prenosa kisika«), na hitrost reakcij s plinsko fazo in odtaljevanje. Tabela 4: Vpliv sestave elektrodne obloge (bazičnosti teoretične taline in količine nastajajočih plinov Gc02 v g/g v) na prenos kisika »A02(g/gv) «in velikost kapljic v odvisnosti od sestave elektrodne žice El. žica Serija EO 100 110 120 130 140 150 Bl — teor. talina — 2,42 — 1,97 — 0,47 + 0,73 + 0,15 + 2,16 A02 (1(M g/gv) 173 91 144 268 117 232 d kapljic v mm 3,8 5,0 4,1 3,4 5,2 4,0 G CO: d0-2g/gv) 2,0 0 3,4 6,9 1,9 7,7 El. žica Serija EPP Cr 6 200 240 Bl — teor. talina — 2,20 + 0,19 A02 (l(H»g/g v) 158 74 d kapljic v mm 4,0 6,1 G coa (10-2 g/,g V) 2,0 1,6 El. žica Serija Pr 18/8 300 310 320 330 340 350 Bl — teor. talina — 2,12 — 1,59 + 0,02 + 1,27 + 0,41 + 2,84 A02 (10-* g/g v) 140 103 130 237 65 180 d kapljic v m 5,2 5,6 4,7 3,1 6,0 3,1 G COj (10-2 g/g v) 1,7 0 3,1 6,9 1,1 7,5 Opomba: A02 (10—4 g/g v) in d kapljic v mm sta srednji vrednosti prvih treh elektrod serije (pri vseh serijah vsebuje prva elektroda serije le legirne dodatke, draga toliko FeSi, da je var skoraj optimalno dezoksidiran, tretja pa prebitek FeSi) Tudi dodatek kromita v elektrodno oblogo ne vpliva bistveno na »prenos kisika« (tabela 5). Dezoksidacija s FeTi (namesto s FeSi) pa povzroči zvišanje »prenosa kisika« (tabela 5). Zadnja ugotovitev se ujema tudi z ugotovitvami glede vpliva dezoksidantov na »prenos kisika« v literaturi 6. Ta je najvišji pri dezoksidaciji s FeMn, najnižja pa pri dezoksidaciji s FeSi. Glede »prenosa kisika« si dezoksidanti slede v približno naslednjem vrstnem redu: FeMn, FeTi, ZrSi, Al, CaSi, in FeSi./6/ 3. Reakcije med raztaljeno žlindro in kovinsko talino Vzpostavljanje ravnotežja med raztaljeno žlindro in talino vara (redukcija varilne žlindre) poteka po naslednji ravnotežni enačbi: enačbe vzpostavljanja navideznega ravnotežja med žlindro in varom tudi za varjenje z visoko legira-nimi oplaščenimi elektrodami. Izpeljane enačbe veljajo v območju raziskav (od 0,05 do 0,15 ut % celotne vsebnosti kisika v vam) za visoko legirane oplaščene elektrode, ki so osušene pri temperaturi 450° C, za varjenje z enosmernim tokom na + pol. Praktično dobljeni rezultati se glede na razmere pri varjenju (pogoji dezoksidacije vara z opla- Tabela 5: Vpliv kromita in FeTi v elektrodni _ a (FeO) _ a i/o/ - ■ (MnO) _ K K Fe ■Mn . a /Mn/ J(SiOz) K Si ■ a/Si/ a(Cn03) _ Kcar-aV/ a(Nb20s) KNb ' &2/Nb/ (en. 6) oblogi prenos kisika » A°2 (g/gv)« Serija ao, aoj a02 (10-^ g/gv)* (10—4 -g/g v)** (10-4 g/gv)*** 100 173 198 211 110 91 97 133 140 117 103 122 150 232 252 223 200 158 168 208 240 74 85 78 300 140 153 185 310 103 133 143 340 65 85 110 350 180 176 219 V skladu z ravnotežno enačbo (en. 6) in ugotovitvami glede hitrosti poteka fizikalno-kemičnih procesov med varjenjem (glej lit. 6 in 30) smo z obdelavo rezultatov raziskav na računalniku IBM 360/30 po metodi najmanjših kvadratov izpeljali * Srednja vrednost prvih treh elektrod serije. ** Elektrode s ikromitom v plašču (10 % FeCr v elektrodni mešanici je zamenjano s kromitom. V elektrodno mešanico pa je dodana tudi -dodatna količina FeSi, ki je potrebna za redukcijo kromita). *** Elektrode s FeTi v plašču (Optimalna dezoksidacija vara s FeTi. Dodatek FeSi pri drugi elektrodi serije smo zamenjali z ustrezno količino FeTi). ščenimi elektrodami so veliko odvisni od varilca: drža in odmaknjenost elektrode ter hitrost varjenja močno vplivajo na temperaturo varjenja, obliko kopeli in debelino vara) zelo dobro ujemajo z izpeljanimi enačbami. Ujemanje je razvidno iz stopnje korelacije, prikazano pa je tudi na sliki 6. sliki 6. 02 V ut. % Slika 6 Vzpostavljanje navideznega ravnotežja med žlindro in varom pri varjenju z visokolegiranimi oplaščenimi elektrodami (elektrode za varjenje prokron jekel) Fig. 6 Achievement of quasi-equilibrium betvveen the slag and the vveld in welding vvith high-alloyed coated electrodes (electrode for welding Prokron steel) Premice, vrisane v diagramih na sliki 6, so bile izračunane po naslednjih enačbah vzpostavljanja navideznega ravnotežja med žlindro in varom pri varjenju z visokolegiranimi oplaščenimi elektrodami (Pr 18/8): (% FeO*) = 9,88 + 18,2 . [O] — 0,033 . % Si02 — — 0,61. Bl — 3,12. n; 71,2 % na korelacija (en. 7) (% MnO) -———= 0,98 + 14,4 . [O] — 0,128 . % SiO, — /% Mn/ — 0,78 . Bl + 2,18 . tj; 75,7 % na korelacija (en. 8) 1/(%S102) 0,061. % Si02 + 0,64 . BL + 0,11. tj; 91,9 % na korelacija (en. 9) I / (°/o Cr2Oj) V = 0,21 + u.to]- 0,002 % Si02 — 0,02 . Bl; 79,1 % na korelacija (en. 10) \f (% Nb205) 0,013 . % Si02 — 0,05 . Bl + 0,40 . ti; 92,7 % na korelacija (en. 11) Legenda oznak v podanih enačbah: (% FeO*) = (% FeO) + 1,35 (°/o Fe203) % FeO, % Fe203, % MnO, % Si02, % Cr203 in % Nb205 — sestavine varilne žlindre (ut. %) % Mn, % Si, % Cr in % Nb — sestavine vara (ut. %) [O] — celotna vsebnost kisika v varu (ut. %) Bl = ^a.N;/6.2°/; bazičnost varilne žlindre tj = izkoristek varjenja (računano na težo od-taljene elektrodne žice) Pogoji za izračun premic (slika 6) so bili naslednji: Oznaka premice % SiO* v žlindri Bl žlindre t)-varjenja Serija* F ca. 17 — ca. 1,7 ca. 2,05 100 G ca. 23 + ca. 1,1 ca. 1,95 150 H ca. 11 — ca. 1,2 ca. 1,29 300 I ca. 20 + ca. 1,9 ca. 1,30 350 * Serija je podana le informativno. Poleg dobrega ujemanja praktično dobljenih rezultatov (točke) z izpeljanimi enačbami (premice) je iz diagramov na sliki 6 razvidno še, da se tudi rezultati, ki smo jih dobili pri varjenju z elektrodami, pri katerih smo var dezoksidirali z FeTi, dobro ujemajo z izpeljanimi enačbami (odgovarjajočimi premicami). V vseh primerih so nekoliko višji le rezultati porazdelitve kroma med žlindro in varom pri elektrodah, ki smo jim dodali v oblogo kromit (vedno nad odgovarjajočo premico — glej sliko 6). ZAKLJUČEK 1. Za področje kemičnih sestav žlinder, ki nastajajo pri varjenju prokron jekel z visoko legira-nimi oplaščenimi elektrodami (Pr 18/8), izdelani trokomponentni diagrami temp. zmehčišč, taljenja in lahko tekočega stanja podajajo sestave varilnih žlinder, iki so primerne, da nastajajo med varjenjem. Zaradi zapekanja žlindre na var pa ni za-željeno, da med varjenjem nastajajo žlindre, podobne sestavama »I« in »J«, to je žlindre, ki vsebujejo nad 10 % CaO in okoli 20 % Ti02. 2. Vsebnosti kisika v čistih varih, ki so zavar-jeni z visoko legiranimi elektrodami, so redno nad 500 ppm. Vzrok za višjo vsebnost kisika v teh varih, v primerjavi z nelegiranimi in nizkolegira-nimi vari (nad 200 ppm), je znatno nižji koeficient termodinamične aktivnosti kisika v talini visoko legiranega vara. 3. Pri visoko legiranih elektrodah (legiranje vara s kromom iz plašča) pride do omejitev uporabnosti teh elektrod tle zato, ker imajo te vrste elektrod vedno visok minimalen izkoristek varjenja in so zato neprimerne za posebne zahteve varjenja. Nizek izkoristek varjenja (varjenje v tankih slojih) je možen le pri visokolegiranih elektrodah, pri katerih je legiranje vara s kromom iz elektrodne žice. 4. Teoretično izračunavanje sestave in debeline oplaščenja temelji na poteku fizikalno kemičnih procesov med varjenjem, to je na zakonitostih prenosa kisika iz plinske faze v talino žlindre in kovine (slika 5) in zakonitostih vzpostavljanja navideznega ravnotežja med žlindro in varom (enačbe 7, 8, 9, 10 in 11). 5. Prenos kisika iz plinske faze v talino žlindre in vara je pri elektrodah, ki so oblikovane na legi-rano žico »EO«, nekoliko višji kot pri elektrodah, ki so oblikovane na legirani žici »EPP Cr 6 in Pr 18/8« (razlike v odtaljevanju). Razlike v porazdelitvi kroma med žlindro in varom pa so kljub razlikam v načinu legiranja vara s kromom neznatne (med premicama F in H na sliki 6 pri porazdelitvi Cr ni razlike, premici G in I pa se le malenkost razlikujeta — premici F in G predstavljata legiranje vara s kromom iz plašča, premici H in I pa iz žice). Le pri elektrodah, ki imajo v plašču kromit, se vzpostavi po varjenju nekoliko . ff (% CrA) visie razmerje / -- \ /% Cr/2 6. Z izbiro izkoristka varjenja, količine in sestave žlindre (diagrami stanja) ter sestave vara (Schaefflerjev diagram) lahko na osnovi ugotovljenih zakonitosti poteka reakcij med varjenjem izračunamo optimalno sestavo in debelino oplaščenja za elektrodo, da bo ustrezala predpisanim zahtevam. Literatura 1. J. H. Pakn: VVelding Journal 51 <1972), št. 7, str. 358HS/360IS. 2. I. N. Golikov/G. M. Ickovič: Stalj <1973), št. 7, str. 591/616. 3. W. Hummitasch L. Hense: Sohwetssen und Schnei-den 14 (1962), št. 5, str. 201/210. 4. J. F. Elliot, M. Gleiser: Thermochemistry for Steel-making — II, (Addison — Wesley Puhlishing Co INC, London 1960) 5. D. Ja. Povolockij: Razikislenie stali (Izdateljstvo »Me-tallurgija«, Moskva 1972). 6. R. Kejžar: Vpliv dezoksidamtov na prenos kisika pri varjenju z oplaščenimi elektrodami (Disertacija — Fakulteta za NT, Univerza v Ljubljani, Ljubljana 1974). 7. E. Plockinger, H. Strauibe, G. Kuhnelt: Radex — Rundschau (1965), št. 2, str. 447/460. 8. M. Beckert, A. Neumamn: Grundlagen der Schvveiss-teehniik (VEB Verlag Technik, Berlin 1969). 9. Koch: Handbuch der Schvveisstechnologie Lichtbogen-schvveissen (Deutscher Verlag fiir Schweisstechnik — DVS — GMBH, Diisseddorf 1961). 10. D. Seferijan: Metalurgija zaivarivanja (Gradževinska knjiga, Beograd 1969). 11. W. Hummitzsch: Schvveissen und Schmeiden 13 (1961), št. 5, str. 187/195. 12. A. N. Bjikov, A. A. Erohin: Svaročnoe proizvodstivo (1965), št. 7, str. 25/28. 13. A. A. Erohin: Fizika i hemija obrabotki materialov (1969), St. 5, str. 56/61. 14. P. Štular: Študij varjenja pod žlindro — I. (Poročilo Zavoda za varjenje SRS, Ljubljana 1968). 15. M. G. Frohberg, M. L. Kapoor: Sch\veissen und Schneiden 24 <1972), št. 8, str. 293/295. 16. B. E. Lopaev, A. A. Pliševskij, V. V. Stepanov: Avtoma-tičeskaja svarka (1966), št. 1, str. 27/29. 17. A. I. Bočorišvili, S. B. Jakobašvili: Svaročnoe proizivod-stvo (1968), št. 10, str. 13/15. 18. V. D. E.: Die physikalische Chemie der Eisen und Stahlerzeugung (Verlag Stahleisen M. B. H., Diisseldorf 1964) 19. H. Miška, M. Wahlster: Arhiv fiir das Eisanhiittemveseai 44 (1973), št. 1, str. 19/25. 20. Eiichi Tsunetomi, Haruo Fujita: Soud. Techn. conn 26 (1972), št. 3/4, str. 125/i39. 21. H. Samang: Die Keramik (Springer — Verlag, Berlin/ Go ttingen / Heidelberg 1958). 22. Spravočnik himika I. i(Gosudarstvennoe naučno-tehni-českoe izdateljstvo himičcskoj literaturji, Lenin,-grad/Moskva 1962). 23. A. Rosina F. Seme, B. Hofbauer: Nadaljevanje študije strukture staljenih metalurških žlinder in silikatnih talin — II. (Poročilo Metalurškega inštituta, Ljubljana 1973). 24. D. Sikošek: Nekatere fizikalne lastnosti varilnih žlinder pri varjenju prokron jekel (Diplomsko delo — Fakulteta za NT, Univerza v Ljubljani, Ljubljana 1974). 25. M. Kosec: Poročilo o preiskavi žlinder (Poročilo instituta »Jožef Štefan«, Ljubljana 1974). 26. R. Kejžar: Železarski zbornik 6 (1972), št. 1, str. 47/63. 27. I. K. Pohodnja, G. G. Korickij: Svaročnoe proizivodstvo (1970), št. 8, str. 32/33. 28. I. K. Pohodnja, I. R. Javdošin, V. I. Karmanov, V. G. Vojtkeivič: Av-tomatičeskaja svarka (1974), št. 5, str. 5/9. 29. I. Limpel: Zavarivanje (1974). št. 5, str. 159/167. 30. R. Kejžar: Železarski zbornik 8 (1974), št. 4, str. 193—201. ZUSAMMENFASSUNG Die Gesatzmassigkeiten, im Reaktionsverlauf wahrend des Schweissens, sind auf Grund der mathematischen Da-tenverarbeitung der Untersuchungsergebnisse bestimmt vvorden. Die Anvvendung des EO Drahtes bei der Erzeugung von Schweisselektroden verursacht, dass die Sauerstoffiiber-tragung wahrend des Schweissens etwas grosser ist. Die Verteilung von Chrom zwischen der Schlacke und dem Schweissgut ist von der Legierungsart fast unabhangig. Die Anwendung der hochlegierten Elektroden (legieren aus dem Mantel) ist mit einem hohen minimalen Ausbrin-gen beim Schweissen begrenzt). Die ausgearbeiteten Schlackenzustandsdiagramme und die festgestellten Gesetzmassigkeiten beim Reaktionsver-lauf wahrend des Schvveissens, sind die Grundlage fiir die theoretische Ausrechnung der optimalen Zusammensetzung und der Dicke der Elektrodenummantelung. SUMMARY Rules connected to the chemical reactions occuring during welding were determined by mathematical treat-ment of investigation results. Use of EO wire in electrode manufacturing causes a relatively higher »oxygen transfer« during welding. Distri-bution of chromium between the slag and the weld is nearly independent of the way of alloying the weld. Applicability of high-alloyed electrodes (alloying from the electrode coating) is limited by a high minimal yield of welding. Constructed phase diagrams for slags and the determined rules for the course of chemical reactions during the welding are basis for theoretical evaluation of the optimal composition and thickness of electrode coating. 3AKAK)qEHHE 3aK0H0MepH0c™ TeqeHHH peaKUHH bo BpeMa CBapKU onpeAe-Aeiiu Ha ocHoBaBHH o6pa6oTKH noKAeH-huc 3aKOHOMepHOCTH npouecca TeqeHH8 peaKUHii bo BpeMa CBapKH npeACTaBAaioT coSofl oCHOBaHHe AAa TeopeimecKoro pacneTa onra-MaALHoro cociaBa h toaihhhu oGoaomkh sacktpoa-