IMG
49

4.6. Rola wodoru w procesie spawania

W zależności od temperatury fazy gazowej wodór może się znajdować w niej w różnych stanach: cząsteczkowym, atomowym i zjonizowanym. W wysokich temperaturach zachodzi częściowa dysocjacja cząsteczkowego wodoru na atomowy:

H₂ <-> 2H - Q    (4.33)

a także na atomowy i wodór zjonizowany

H₂<->H + H⁺ + e-Q    (4.34)

Stopień tej dysocjacji zależy od temperatury. Metale rozpuszczające wodór można podzielić na dwie grupy. Do pierwszej należą metale, nietworzące z wodorem związków chemicznych (żelazo, kobalt, nikiel, miedź). Natomiast do drugiej należą metale (pallad, cyrkon, tytan, wanad, tor, tantal), a także pierwiastki metali ziem rzadkich. Metale z tej grupy przy niedużych ilościach rozpuszczonego wodoru tworzą w nim roztwory stałe, a przy znacznych ilościach - wodorki (PdH, VH, TiH₂, TeH, ZrH₂).

Wodór w strefie spawania może pochodzić z kilku źródeł:

-    z wilgoci,

-    z produktów rozkładu celulozy z otuliny elektrody,

-    ze smaru na powierzchni spawanego materiału lub elektrody,

-    z ochraniającego gazu.

Głównym źródłem wodoru jest jednak wilgoć i para wodna, które reagując z ciekłymi metalami, utleniają je i nasycają wodorem:

xMe + yH₂0 Me_xO_y + 2y [H w Me]    (4.35)

Średnica wodoru cząsteczkowego wynosi około 0,28 nm, wodoru atomowego - około 0,1 nm, a kation wodoru (H⁺), który może istnieć w metalach, ma jeszcze mniejszą średnicę.

W metalurgii spawania wodór dzieli się na:

-    wodór potencjalny,

-    dyfundujący,

-    stały (pozostały).

Wodór potencjalny oblicza się z ilości wilgoci i wody krystalizacyjnej zawartej w otulinach elektrod i różnego rodzaju topnikach i wydzielonej w wyniku prażenia w temperaturze około 1000°C. Wodór dyfundujący określa się na podstawie wydzielania się ze spoin (stopiwa) wodoru w temperaturze otoczenia lub nieznacznie wyższej. Natomiast wodór stały jest to wodór pozostały w metalu, w spoinach, w złączach po wydzielaniu się wodoru dyfundującego. Wodór całkowity stanowi sumę wodoru dyfundującego i stałego.

Zawartość wodoru określa się przeważnie w spoinach (stopiwach) stalowych. Dlatego też elektrody otulone przeznaczone do spawania stali niskowęglowych i niskostopowych o podwyższonej i dużej wytrzymałości są dzielone według zawartości wodoru na elektrody:

159