Шлаковая фаза, ее образование при дуговой сварке. Основные физические свойства шлаков и их влияние на процесс сварки.

Образующаяся при плавлении электродного покрытия шлаковая фаза представляет собой расплав минерального характера, состоящий из оксидов и фторидов. Примерный состав шлака, в процентах, при сварке низкоуглеродистой стали электродами марки УОНИ-13/55:

Кроме изоляции расплавленного металла от воздуха, шлак выполняет ряд других важных функций: стабилизирует горение дуги, способствует качественному формированию шва, осуществляет наряду с металлической фазой металлургическую обработку расплава - раскисление, легирование и рафинирование. Шлаки - активный и непосредственный участник процесса ручной дуговой сварки.

На взаимодействие шлака с металлом большое влияние оказывают физические свойства шлака: вязкость, температура, плотность.

От вязкости зависит формирование шва, интенсивность металлургических реакций на границе шлак-металл (жидкий шлак как бы промывает расплав). С понижением температуры вязкость шлака падает, при этом изменение вязкости, связанное с переходом из жидкотекучего состояния в твердое, в отличие от металла происходит в растянутом интервале температур. В зависимости от величины этого интервала шлаки бывают короткими (при малом интервале) и длинными (при большом). Короткими, как правило, являются основные шлаки, т.е. шлаки, содержащие в относительно большем количестве основные оксиды - СаО, MnO, FeO, Na₂О и др. (такие шлаки образуются, например, у электродов типа УОНИ). Короткие шлаки достаточно быстро затвердевают, образуя шлаковую корку, что облегчает ведение процесса сварки в нижнем положении, так как шлак не затекает «под дугу», и особенно в вертикальном, горизонтальном и потолочном положениях. В последних случаях быстро схватывающийся шлак помогает удержать сварочную ванну и препятствует стеканию расплавленного металла вниз. Длинные шлаки, а это некоторые кислые шлаки, содержащие в большом количестве кислые оксиды - SiО₂, TiO₂, ZrО₂ и А1₂О₃, густеют постепенно, что затрудняет сварку в нижнем положении и делает ее малопригодной в других положениях.

Температура затвердевания шлака должна быть ниже температуры плавления металла, в противном случае шлак затрудняет хорошее формирование шва и приводит к появлению шлаковых включений. Однако при чрезмерно низкой температуре затвердевания шлак сильно растекается по нагретым кромкам, слабо защищает сварочную ванну от воздуха, стекает вниз при сварке в вертикальном и потолочном положениях. Благоприятная разница в температурах плавления шлака и металла у покрытых электродов составляет 100-300°С.

Плотность шлака должна быть существенно ниже плотности расплавления металла. Иначе затрудняется его всплывание на поверхность ванны. В среднем плотность шлаков (для стали) при температуре 1400-1500 °С составляет 2,5-3 г/см³.

С точки зрения защиты расплавленного металла от воздуха шлак должен быть газонепроницаемым, но и не настолько, чтобы серьезно препятствовать прохождению газов, выделяющихся из сварочной ванны при ее охлаждении. Более низкую газонепроницаемость, а следовательно и защитную способность от воздуха имеют, как правило, основные шлаки, поэтому здесь требуется повышенная эффективность газовой защиты, что и принимают во внимание при разработке электродов. Это обстоятельство учитывают и при ведении процесса ручной дуговой сварки (применяют короткую дугу, защиту зоны сварки от ветра и др.).