IMG
24

zapalające: lit (Li), aluminium (Al) i magnez (Mg). Metale te reagują z gazami, pierwiastkami niemetalicznymi i innymi metalami. Reakcje te są szczególnie szybkie w momencie topienia podczas spawania. Większość metali stosowanych w technice (Cu, Fe, Ni, Co) i stopów na ich osnowie wykazuje wzrastającą wraz ze wzrostem temperatury reaktywność i prawie zawsze gwałtowną reaktywność po stopieniu. Niektóre metale bardziej reaktywne (na przykład Ti, Zr) wymagają ochrony również podczas nagrzewania do spawania i chłodzenia po spawaniu.

Jak z tego widać, jest niezbędne zapewnienie ochrony przed reakcjami mogącymi wystąpić między stopionym metalem w spoinie a otoczeniem. Ochronę tę zapewniają: chemicznie obojętne gazy (He, Ar), gazy aktywne (C0₂, H₂), ciekły żużel, razem gaz i żużel lub próżnia. Niezależnie od tego, jaka metoda osłony jeziorka spawalniczego zostanie zastosowana, istotne jest zapobieżenie reakcji gaz - metal lub ograniczenie jej.

Poza tym niektóre procesy spawania opierają się na reakcji żużel - metal, co ma zapewnić ochronę jeziorka, uzupełnienie składu chemicznego i metalurgiczną rafinację zanieczyszczeń.

Stopione metale reagują prawie z każdym gazem, z wyjątkiem gazów szlachetnych oraz obojętnych (hel. argon, krypton, ksenon i radon). Dlatego właśnie argon i hel są używane do ochrony przed atmosferą w tzw. spawaniu łukowym w osłonie gazów obojętnych. Reakcje mogłyby zachodzić również z fluorem (F), ale fluor rzadko jest obecny w środowisku spawalniczym, chyba że w postaci soli w otulinach elektrod, w rdzeniu drutu samoosłonowego do spawania czy w topniku do spawania łukiem krytym. Z tych powodów w reakcjach gaz - metal zazwyczaj biorą udział gazy znajdujące się w powietrzu (azot i tlen) oraz wodór pochodzący z termicznej lub elektrycznej dysocjacji wody lub węglowodorów.

Pierwszą, a niekiedy najważniejszą zmianą metalurgiczną, która zachodzi w następstwie wytworzenia się jeziorka spawalniczego, jest absorpcja gazu z atmosfery łuku lub płomienia i następująca później reakcja gazu z ciekłym metalem i z gazami w nim zawartymi. Zmiany te zachodzą zwłaszcza podczas spawania łukowego, kiedy zarówno gaz, jak i metal mają wysoką temperaturę w porównaniu z innymi procesami topienia.

Wzajemne oddziaływanie gazu i metalu może przybrać dwie postacie:

1)    reakcji egzotermicznej wytwarzającej trwały związek chemiczny,

2)    rozpuszczania fizycznego (endotermicznego).

Reakcje egzotermiczne można podzielić na trzy podgrupy (tab. 4.1):

1)    reakcje, których produkt jest bardzo rozpuszczalny w cieczy,

2)    reakcje o umiarkowanym stopniu rozpuszczalności produktu,

3)    reakcje, których produkt jest związkiem nierozpuszczalnym.

Pierwszy typ reakcji (zachodzących głównie z metalami reaktywnymi grupy IV i Va układu okresowego pierwiastków: tytanem, berylem, cyrkonem, niobem itp.) nie przeszkadza w powstaniu jeziorka, lecz na ogół wywołuje kruchość wykonanego złącza (tzw. skażenie jeziorka spawalniczego). Reakcje typu drugiego i trzeciego powodują zwykle tworzenie się żużla lub zgorzeliny powierzchniowej, co może być fizyczną przeszkodą w procesie spawania, szczególnie w wypadku reakcji trzeciego typu, w których związek tworzy trwałą błonkę na powierzchni jeziorka. Należy zatem zapobiegać dostępowi gazu do cieczy albo dodać topnik, który rozpuści lub rozproszy produkty reakcji (na przykład w wypadku spawania aluminium).

134