IMG
74

Łatwość zajarzenia łuku pod warstwą topnika zależy od właściwości jonizacyjnych topnika, które można scharakteryzować efektywnym potencjałem jonizacji lub wysokością napięcia zajarzenia łuku. Właściwości jonizacyjne zależą od składu chemicznego, szczególnie od zawartości pierwiastków o niskim i wysokim potencjale jonizacji. Najniższy potencjał jonizacji z pierwiastków wchodzących w skład topników mają potas (4,3 V) i sód (5,1 V), a najwyższy ma fluor (18,6 V).

O skutecznej osłonie łuku spawalniczego można mówić wtedy, gdy nie dochodzi do rozerwania komory, w której jarzy się luk, i doprowadzenia gazów z atmosfery do przestrzeni łuku. Do przebicia łuku dochodzi w'tedy, gdy ciśnienie w komorze (zależne od ilości wydzielających się gazów i par oraz ich temperatury) nadmiernie wzrośnie. Ciśnienie panujące w komorze jarzenia się łuku spawalniczego jest równoważone przez ciśnienie atmosferyczne, ciśnienie warstwy niestopionego topnika oraz spójność ścianek komory utworzonych ze stopionego i częściowo nadtopionego topnika. Naruszenie tej równowagi przez wzrost ciśnienia prowadzi do rozerwania szczelnej powłoki i wypełnienie jej przez gazy z otaczającej atmosfery.

Wzrost natężenia prądu spawania i jego napięcia prowadzi do wzrostu temperatury procesu, co powoduje wzrost ciśnienia gazów i par. Można więc przyjąć, że stabilność i skuteczność zadań ochronnych, jakie ma spełniać topnik, zależy w dużym stopniu od właściwości topnika oraz od parametrów procesu spawania. Przy określonym składzie chemicznym i właściwościach topnika mogą zaistnieć takie warunki, że topnik przestanie spełniać swoje podstawowe zadania. Dlatego też w oznaczeniach topników zaproponowanych przez Międzynarodowy Instytut Spawalnictwa (MIS) podawany jest maksymalny prąd spawania, przy którym topnik zachowuje swoje właściwości ochronne.

Topniki topione wykazują większą odporność na stosowanie dużych prądów spawania w' porównaniu z aglomerowanymi i spiekanymi. Podobna relacja występuje pomiędzy topnikami kwaśnymi i zasadowymi.

Skuteczne ograniczenie ilości wodom rozpuszczonego w ciekłym metalu w jeziorku spawalniczym możliwe jest tylko przez zw iązanie go w związki nierozpuszczalne w ciekłym metalu. Wodór w atmosferze luku może być skutecznie wiązany przez fluor i jego związki zawarte w topniku. Rozpatrując efekt takiego oddziaływania topnika, można mówić o jego odporności na rdzę i zawilgocenie.

W zależności od rodzaju topnika fluor może występować w różnych ilościach i postaciach. W topnikach topionych występuje w postaci fluorku wapnia (fluorytu), a w topnikach aglomerowanych i spiekanych oprócz fluorytu mogą występować inne związki fluoru, takie jak kriolit (Na,AlF₆), fluorokrzemian sodu (Na,SiF₆) lub fluorki NaF i KF. Wiązanie wodoru w łuku spawalniczym odbywa się bezpośrednio przez reakcję z fluorem lub pośrednio przez reakcję związków fluoru z wodorem lub parą wodną.

Ilość wolnego fluoru w atmosferze łuku powstałego z rozkładu CaF, jest stosunkowo mała ze względu na dużą trwałość tego związku. Stężenie fluoru wzrasta przy dużym udziale SiO_; w topniku, w wyniku tworzenia się mało trwałego czterofluorku krzemu SiF₄ według reakcji:

(4.57)

(4.58)

2CaF, + SiO, = 2CaO + SiF₄

2CaF₂ + 3Si0₂ = 2CaO • Si0₂ + SiF₄