Окисление металла газовой защитной средой.

В электродах фтористо-кальциевого типа ( ) основой является карбонат кальция (мрамор) и плавиковый шпат ( ). При нагреве и плавлении такого покрытия наблюдается диссоциация карбоната кальция

.

Зависимость константы равновесия для данной реакции от температуры имеет вид

Из приведенного уравнения следует, что в атмосфере с парциальным давлением МПа температура начала разложения карбоната кальция составит 1183 К, а в атмосфере воздуха, где парциальное давление углекислого газа составляет менее 300 Па, диссоциация карбоната кальция начнется при температуре 783 К. Так как углекислый газ является активным окислителем жидкого металла при сварке электродами этого типа в наплавленном металле может присутствовать остаточный кислород. Его количество будет зависеть от состава и количества раскислителей.

При плавлении покрытия карбонатно-флюоритового вида (марка ЦУ-1) в состав образующейся газовой фазы входят 22,5 % ; 56,2 % ; 6,26 % ; 12,01 % ; 3,03 % . Из этих данных видно, что значительная часть , являющаяся продуктом диссоциации , восстанавливается до . Реакции восстановления в оксид углерода имеют вид:

Эти реакции уже при 973 К протекают слева направо практически необратимо. Некоторая концентрация водяных паров и водорода в газовой фазе объясняется наличием каолина и остатков влаги силиката натрия.

В электродных покрытиях системы с увеличением доли увеличивается окислительный потенциал газовой фазы и основность шлака. Эти факторы способствует окислению кремния. Что касается , то увеличение способствует его окислению. Однако с увеличением концентрации увеличивается и основность образующегося шлака, что уменьшает потери марганца.

Содержание кислорода в наплавленном металле при содержании в составе покрытия до 50 % мрамора практически не меняется. Но при дальнейшем увеличении концентрации окисленность металла быстро увеличивается, что, по-видимому, объясняется резким уменьшением в металле содержания кремния (до 0,1 %).

Таким образом, газовая фаза электродов с покрытием карбонатно-флюоритового типа во всем температурном интервале сварочной ванны носит окислительный характер по отношению к жидкому металлу.

Остальные типы покрытий электродов (рудно-кислое, рутиловое, органическое и др.) образуют газовую защиту, создаваемую органическими компонентами, разлагающимися в процессе плавления электрода, или комбинированную – карбонатно-органическую. В связи с этим интерес представляет взаимодействие металла в зоне сварки с газовыми смесями.

В состав газовой фазы, выделяющейся при плавлении электродов с различными типами покрытий, входят в количестве от 3 до 26,36 % об. доли, от 40 до 74 % об., от 2,5 до 40 %, от 1 до 12 % и для некоторых покрытий от 2,42 до 3, 02 %.

Эти газы при высоких температурах будут взаимодействовать по реакциям:

(49)

(50)

(51)

В результате протекания реакций (49) и (50) появится свободный кислород, равновесная концентрация которого для обеих реакций должна быть одинакова. Кислород может также реагировать с углеводородами, чем можно пренебречь, но это может давать несколько завышенное расчетное парциальное давление кислорода в газовой фазе.

Допустив возможность достижения термодинамического равновесия в обособленных объемах газовой фазы, и учитывая, что общее равновесие сопровождается равновесием частных реакций, можно рассчитать равновесный состав газовой фазы, соответствующий температуре жидкого металла.

Приближенные температурные зависимости констант равновесия реакций (49)-(51) могут быть описаны уравнениями:

(52)

(53)

(54)

Реакция (51) при повышении температуры стремится протекать слева направо. Поскольку эта реакция не сопровождается изменением числа молекул, то, обозначив через X изменение парциального давления каждой составляющей реакции, константу ее равновесия можно записать в виде

(55)

где - исходные парциальные давления при температуре 293 К.

Подставив в (55) значение для искомой температуры, можно определить X, а следовательно и расчетный состав газов по , , и . Для подсчета равновесной концентрации кислорода можно, например, использовать уравнения (50) и (52). Для заданной температуры равновесные парциальные давления кислорода будут равны:

(56)

(57)

Анализ расчетных значений парциального давления кислорода в газовой фазе, полученных по уравнениям (56) и (57), в сопоставлении с упругостью диссоциации для оксида железа, показывает, что газы, выделяющиеся при сварке электродами ЦМ-7, имеют восстановительный характер при температурах близких к температурам кристаллизации, а при максимальных температурах (особенно на стадии капель) газовая фаза является окислительной. Газы, выделяющиеся при сварке, например, электродами ЦУ-1 и ЦУ-1Г во всем диапазоне температур в сварочной ванне являются окислительными.

7.2. Окисление металла шлаковой защитной средой.

Довольно толстый слой шлака, образующейся при плавлении электрода способствует предохранению жидкого металла сварочной ванны от взаимодействия с окружающей атмосферой. Нагрев и плавление электрода происходит со стороны внутренних слоев покрытия. В результате образующийся жидкий шлак омывает сварочную ванну. В дополнение к этому капли, летящие от торца электрода в ванну, также покрыты слоем жидкого шлака. Это создает не только защиту сварочной ванны, но и возможность взаимодействия составляющих его компонентов с жидким металлом, как на стадии капли, так и в ванне.

Так как состав шлака зависит от типа покрытия электрода, процессы взаимодействия необходимо рассматривать в соответствии с типом электродного покрытия.

Широко применяются электроды рудно-кислого вида, в состав обмазки которых входят оксиды марганца (в основном), оксиды железа и кремния, добавки диоксида титана. В качестве раскислителя в составе присутствует ферромарганец.

Эксперименты показывают, что наибольшим окислительным потенциалом обладает гематит, причем потери элементов при сварке электродами с таким покрытием значительно выше, чем при сварке голой проволокой без защиты. В дополнение к этому можно сделать вывод о большой окислительной способности рутила (хотя и меньшей в сравнении с ).

Повышение кислотности за счет увеличения содержания в покрытии кремнезема увеличивает коэффициент распределения между шлаком и металлом, и приводит к его большим потерям. Понижение кислотности уменьшает коэффициент распределения и соответственно потери . Поэтому покрытие из кварцевого песка (97 % ) способствует интенсивному окислению марганца, но в то же время кремний усваивается наплавленным металлом полностью.

Состав наиболее типичного рудно-кислого покрытия (МЭЗ-04) следующей: 24,5 % марганцевой руды; 15 % кварцевого песка; 30 % титаномагнетитовой руды; 5 % калиевой селитры; 21,5 % ферромарганца и 4 % крахмала.

При нагреве этого покрытия будет происходить разложение большей части оксида марганца. Переход в более бедные кислородом соединения, очевидно, происходит с окислением ферромарганца:

Одновременно может происходить окисление наплавляемого металла по реакциям

(58)

(59)

Образующейся в результате протекания реакций (58) и (59) оксид железа будет обогащать не только шлак, но и жидкий металл кислородом, поскольку оксид железа шлака, находящегося в тесном контакте с жидкой сталью, может непосредственно переходить в металл.

Металл, наплавляемый электродами с рудно-кислым покрытием, по химическому составу в наибольшей степени соответствует кипящей стали и содержит в среднем до 0,12 % ; 0,1 % ; от 0,6 до 0,9 % ; до 0,05 % и . Это подтверждает, что восстановление кремния из диоксида кремния в покрытии по реакциям (22) и (42) может приводить к насыщению наплавляемого металла кислородом. В результате содержание кислорода в металле шва при сварке электродами этого типа составляет от 0,09 % до 0,12 %.

Электроды с ильменитовым покрытием.

Эти электроды также широко распространены на практике. Свое название они получили от минерала ильменита ( ). Концентрат ильменита является основой для покрытия, в состав которого могут входить также марганцевая руда, алюмосиликаты, карбонаты, ферросплавы и органические составляющие. К этому типу относятся электроды марок ОММ-5 и СМ-5, покрытия которых иногда относят к рудно-кислому виду. Шлакообразующую основу этих покрытий составляет ильменитовый концентрат с содержанием до 50 % оксида железа. Использование концентрата с содержанием от 30 до 35 % позволяет несколько снизить содержание кислорода в наплавляемом металле. Однако при сварке электродами этого вида, также как и с рудно-кислыми покрытиями в наплавляемом металле наблюдаются значительные концентрации кислорода.

Электроды с рутиловым покрытием.

Шлакообразующую основу таких электродов составляют рутиловый концентрат, алюмосиликаты (полевой шпат, слюда, каолин и др.) и карбонаты (мрамор, магнезит).

Известные рутиловые покрытия делят на две подгруппы: рутилалюмосиликатные и рутилкарбонатные. Шлакообразующую основу покрытий первой подгруппы составляют рутил и различные алюмосиликаты. Содержание карбонатов в этих покрытиях, как правило, не более 5 %. Покрытия второй подгруппы содержат 10-15 % карбонатов. Принято считать, что в рутиловых покрытиях основными окислителями являются углекислый газ и водяные пары. Но достаточно высокое (до 0,11%) содержание кислорода в наплавляемом металле говорит о том, что значение имеют и окислительно-восстановительные реакции марганца, кремния, титана и даже алюминия.

Восстановление кремния, очевидно, протекает по реакциям (22) и (42). Этой и другим вышеупомянутым реакциям способствует кислый характер шлака (27,2 % , 43,2 % , 14,7 % , 5,2 % , 2,2 % , 0,3 % , 3,7 % , 3 % ( )- для электрода МЦ-9). Одновременно с восстановлением кремния должны иметь место и реакции восстановления титана и алюминия. Эти реакции, также как и восстановление кремния, определяют содержание кислорода в наплавленном металле.
При сварке электродами с рутилкарбонатным покрытием кремневосстановительный процесс развивается меньше, чем при сварке электродами с рутилалюмосиликатным покрытием. Этому способствует более высокая способность шлака и окислительный потенциал газовой защитной среды.

С увеличением основности шлака уменьшается количество кислорода в металле шва. Однако следует признать, что в металле, наплавяемом электродами с рутиловым покрытием, содержание кислорода высокое, так же как и в металле шва при сварке электродами с покрытиями рудно-кислого типа.

Фтористо-кальциевые покрытия.

Шлакообразующую основу в этом покрытии составляют плавиковый шпат ( ) и карбонаты кальция и магния (мрамор, мел, известняк, магнезит). Основным окислителем наплавляемого металла при сварке электродами с таким покрытием является газовая фаза. Шлаки имеют низкую концентрацию оксида железа и поэтому имеют большое значение в окислении жидкого металла. Применение активных раскислителей ( ) обеспечивает низкое содержание кислорода в жидком металле.

Типичный представитель этой группы – электроды УОНИ 13/55. Состав покрытия: 54 % мрамора; 15 % плавикового шпата; 9 % кварцевого песка; 5 % ферросилиция; 5 % ферромарганца; 12 % ферротитана.

Присутствие в составе шлака кремнезема может способствовать протеканию реакций вида (22) и (42), поэтому для уменьшения количества кислорода в наплавленном металле из состава шихты частично исключили кварцевый песок.

Высокая рафинирующая способность фтористо-кальциевых шлаков, обусловленная их высокой основностью и низкой вязкостью, способствует удалению из расплавленного металла продуктов раскисления по реакциям:

Благодаря этому в металле сварочной ванны при сварке электродами с покрытиями данного типа содержание кислорода составляет от 0,03 до 0,05 %.

Металл, наплавленный электродами с фтористо-кальциевым покрытием, по химическому составу соответствует спокойной стали.

Электроды этого типа чувствительны к наличию окалины на свариваемых кромках. Это объясняется недостаточной способностью образующихся шлаков связывать оксиды железа, поскольку основной шлак повышает активность . Поэтому при наличии окалины увеличивается содержание в системе металл-шлак и с не полностью усваиваются сварочной ванной.

Электроды с органическим покрытием.

Покрытия этого вида содержат до 50 % органических составляющих, разлагающихся при плавлении электрода и обеспечивающих газовую защиту сварочной ванны. Основным окислителем наплавляемого металла, так же как и в случае фтористо-кальциевого покрытия, является газовая защитная среда.

Шлакообразующие добавки в этих покрытиях – рутил, титановый концентрат, марганцевая руда, алюмосиликаты и карбонаты. Электроды этого вида имеют, как правило, небольшую толщину покрытия и соответственно образуют небольшое количество шлака.

Типичное покрытие этой группы (электрод ОМА-2) содержит 46,8 % целлюлозы; 36,5 % титанового концентрата; 3,5 % марганцевой руды; 2 % селитры калиевой; 6 % ферромарганца; 5,.2 % ферросилиция.

Наличие титанового концентрата и марганцевой руды в составе покрытия указывает на то, что шлак не является нейтральным по отношению к расплавленному металлу, а обладает некоторым окислительным потенциалом. В сварочной ванне возможно протекание реакций (23), (42) и (48). В результате этих реакций в наплавленном металле увеличивается содержание кислорода. Обычно концентрация кислорода в металле шва после сварки электродами с органическим покрытием составляет 0,1-0,12 %. Массовая доля других основных элементов в шве составляет: от 0,08 до 0,11 % С; от 0,25 до 0,4 % Mn; от 0,10 до 0,25 % Si. Таким образом, по составу металл шва близок или, соответствует спокойной или полуспокойной стали.

8. СОСТАВ И ФОРМА ОКСИДНЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ В СВАРНЫХ ШВАХ

Кислород в металле шва может присутствовать в форме газовых включений (пор), в виде оксидов, в виде твердых растворах, в виде адсорбированных на поверхности тонких слоев.

Основной путь взаимодействия кислорода с металлом - его растворение в жидком металле. Согласно диаграмме состояния железо - кислород, в жидком железе при его температуре плавления растворимость кислорода составляет около 147 см³/100 г, или 0,02 %. При повышении температу­ры растворимость кислорода в жидком железе уве­личивается, подчиняясь практически прямолинейной зависимо­сти. Количественная зависимость растворимости (в см³/100 г металла) от температуры описывается уравнением изобары (кривой при постоянном давлении):

где с — постоянная, зависящая от выбора единиц изме­рения; е — основание натуральных логарифмов; Q — теплота растворения газа; R — универсальная газовая постоянная; Т — абсолютная температура.

Поскольку растворение газа в металле является эн­дотермическим процессом, растворимость его, как видно из уравнения, должна возрастать с повышением темпе­ратуры.

К. Р. Тейлор и Дж. Чипмэн экспериментально опре­делили растворимость кислорода в жидком железе, на­ходящемся в контакте с чистым оксидом железа. Влия­ние температуры на растворимость кислорода в жидком железе выражается уравнением (11).

В этих экспериментах максимальную раствори­мость кислорода в жидком железе характеризовала за­висимость константы равновесия реакции

С понижением температуры растворимость кислорода в железе уменьшается. Избыток кислорода начинает вы­деляться из металла, образуя газовые или оксидные включения. Растворимость кислорода в твердом железе низкая и практически можно считать, что ниже 373 К весь кислород будет присутствовать в форме оксидных включений, поскольку реакцию углерода с кислородом обычно подавляют введением в жидкий металл элементов-раскислителей. Оксидные включения, встречающиеся в металле швов, по их происхождению подразделяют на две группы: включения, образующиеся в процессе окислительно-восстановительных реакций (эндогенные), и включения, ме­ханически попадающие в шов (экзогенные). В металле шва эти включения присутствуют в кристаллической и сферической форме. Включения, выделяющиеся в твер­дом состоянии из жидкого металла, принимают кристал­лическую форму, свойственную данному минералогиче­скому составу, если они не относятся к некристаллизующимся стеклам. Те же неметаллические включения кото­рые образуются в виде жидкости и затвердевают позже окружающего их металла, принимают шарообразную форму независимо от того, является ли вещество этих включений кристаллическим или аморфным. Обычно комплексные шаровидные частицы при затвердевании или при охлаждении после затвердевания распадаются на несколько компонентов, образуя характерные струк­туры распада.

При понижении температуры сварочной ванны значительно снижается растворимость в металле кислорода который выпадает из раствора и, вступая в соединение с другими компонентами металла (стали, сплава) образу­ет неметаллические включения. Если растворимость этих компонентов в жидкой стали велика и резко снижается только в момент кристаллизации, то образующиеся не­металлические включения располагаются в литом свар­ном шве вокруг первичных зерен в форме эвтектических оболочек или цепочек. Вместе с тем с понижением тем­пературы жидкой стали увеличивается раскислительная способность элементов-раскислителей, присутствующихвжидкой сварочной ванне, что также приводит к образо­ванию включений по реакции (12).

Особенности образования неметаллических оксидных включений.

Необходимым условием образования оксид­ных включений в жидкой или кристаллизующейся сва­рочной ванне является пересыщение раствора. Пересы­щение может наступить в результате окисления некото­рых примесей, растворенных в металле, или в результате уменьшения растворимости кислорода при охлаждении ванны.

Процесс и кинетику возникновения неметаллических включений в расплавленном металле изучали многие исследовате­ли.

Анализ результатов исследований показывает, что интенсивность зарождения неметаллических включений в сварочной ванне, с одной стороны, увеличивается с повыше­нием температуры, степени пересыщения и плотности вещества, а с другой - возрастает с уменьшением межфазного натяжения и молекулярной массы вещества.

Вместе с этим образование неметаллических включе­нии не только связано с интенсивностью их зарождения но и зависит от размера образовавшегося зародыша. Образовавшиеся в расплаве зародыши будут стабильны и способны к коагуляции только при условии, что их радиус достиг некоторого критического размера:

(60)

где - межфазное натяжение на границе между металлом и выделяющимися включениями;

М – молекулярная масса вещества образующейся фазы;

ρ – плотность вещества;

C/C_s – степень пересыщения расплава.

Из приведенной формулы следует, что критический радиус включении будет тем меньше, чем ниже значение σ_м.в..

Известно, что увеличение содержания FeO в оксидных шлаках любого состава приводит к существенному снижению межфазного натяжения. В меньшей мере но все же заметно, снижается межфазное натяжение при введении в шлак МnО. Поэтому интенсивность зарождения оксидных включений в металле ванны должна быть тем выше, чем больше в них содержание оксидов марганца и железа.

На основе проведенных расчетов С. И. Попель установил, что включения оксидов железа и марганца могут самопроизвольно выделяться из недостаточно рас­кисленной стали уже при небольшом пересыщении рас­твора. Однако введение дополнительно кремнезема силь­но снижает интенсивность образования зародышей. При этом интенсивность образования новой фазы снижается тем заметнее, чем больше содержится кремнезема в за­родыше, поскольку рост количества кремнезема в систе­ме Si0₂—FeO—МпО приводит к увеличению межфазно­го натяжения.

Вместе с этим следует учитывать, что необходимое для образования неметаллических включений пересыще­ние в реальных условиях может быть меньше расчетных значений полученных С. И. Попелем, Это связано с тем, что в реальной сварочной ванне находятся тугоплавкие частички кварца, корунда, мельчайшие кристаллы металла и т. д., а новая фаза в гетерогенной среде образуется легче, чем в случае однородной.

Механизм роста окисных включении может быть объяснен коагуляцией (коалесценцией) или после­довательным непрерывным осаждением включении, вы­падающих в жидкой сварочной ванне, на включения-центры, имевшиеся ранее в жидком металле или образовавшиеся в самом начале процесса кристаллизации.

Анализ показывает, что скорость всплывания включений, пропорциональная размеру частиц в квад­рате, растет с уменьшением плотности шлаковой части­цы и снижается с повышением вязкости среды.

Укрупнение включений в результате их коалесценции - фактор, облегчающий получение более чистого металла. Однако задача, по-видимому, заклю­чается не столько в процессе удаления уже существую­щих включений из жидкого металла, сколько в предот­вращении их образования в шве. Это связано с тем, что время протекания металлургических процессов в свароч­ной ванне мало и о значительном удалении образующих­ся оксидов из сварочной ванны не может быть и речи.

Экзогенные включения — посторонние частицы шла­ка механически попадающие в шов при плавлении по­крытия электрода, флюса или выходящие в шов из ос­новного металла при оплавлении свариваемых кромок.

При ведении процесса сварки на неправильно подобран­ном режиме, например с образованием подрезов кромок и т. д., включения такого вида могут присутствоватьвсварных швах в больших количествах и стать причиной брака.

В некоторых случаях экзогенные включения успевают полностью прореагировать с жидким металлом в свароч­ной ванне и образовать включения, аналогичные извест­ным эндогенным. Поэтому не всегда по характеру и форме наблюдаемых на шлифе включений можно опреде­лить их происхождение.

8.1. Методы определения содержания кислорода в сварных швах

При изучении количества, состава и форм присутст­вия кислорода в металле сварных швов обычно исполь­зуют следующие основные методы: химическое опреде­ление содержания общего количества кислорода в ме­талле; определение кислорода в металле шва вакуум­ным плавлением; комплексное исследование количества и состава оксидных включений в металле шва.

Химические методы определения содержания кисло­рода в твердом металле шва включают алюми­ниевый метод Герти, вакуумный алюминиевый метод П. С. Лебедева, диффу­зионно-алюминиевый метод, водородный метод Ледебура, водородно-алюминиевый метод.

Процесс определения кислорода в этом случае со­стоит из трех последовательных этапов: отбора пробы металла в виде стружки; выделения кислорода из ото­бранной пробы (включая и выделение кислорода в виде химического соединения); определения количества и со­става извлеченного кислорода (включая и случаи опре­деления количества химического соединения, в состав которого входит кислород).

На практике химические способы определения содер­жания кислорода применяют сравнительно редко из-за трудоемкости методов и недостаточной их точности.

Из существующих способов определения кислорода в металле шва наиболее универсальным, обоснованным и надежным считается метод вакуумной плавки.

Универсальность и надежность метода вакуумной плавки обусловлена тем, что в его основе лежит прин­цип извлечения газов, осуществляемый комбинирован­ным воздействием на металл избытком углерода и высо­кого вакуума в условиях высоких температур.

Метод вакуумной плавки требует специальной слож­ной аппаратуры, а производство анализов по этому ме­тоду, не считая отбора и подготовки проб, состоит из трех этапов: выделения газов из анализируемой пробы; откачки и отбора экстрагируемых газов; определения количества и состава собранных газов.

В методе вакуумной плавки кислород из анализируе­мого металла извлекается в газовую фазу в виде оксида углерода по реакции

МеО + С → Ме + СО

или МеО + 2С → МеС + СО.

В соответствии с законом действующих масс [МеО][С]~[Ме][СО], где в квадратных скобках приведены активности участвующих в реакции веществ.

Поскольку при этом методе проба плавится в графи­товом тигле и в процессе анализа металл насыщается уг­леродом, то концентрация последнего в расплаве будет постоянной. Кроме того, концентрация металла или элемента-раскислителя в результате восстановления соот­ветствующих оксидов изменяется в незначительных пре­делах, поэтому можно считать, что концентрация металла будет также постоянной.

В результате при установившемся равновесии в систе­ме количество остающегося в расплаве кислорода будет пропорционально парциальному давлению оксида угле­рода в газовой фазе: [МеО] = Крсо.

Это означает, что при определенных температурах, достаточных для достижения равновесия в краткие сро­ки, кислород, содержащийся в металле, может быть пол­ностью переведен в газовую фазу в виде СО при вы­держке пробы в условиях высокого вакуума.

Температура, необходимая для экстракции имеющего­ся в пробе кислорода, зависит от вида оксида в металле. При этом чем прочнее оксид, тем более высокая темпе­ратура необходима для его восстановления, вернее, для достижения равновесия с практически приемлемой ско­ростью. Критерием прочности оксидов принято считать теплоту их образования, отнесенную к молю кислорода.

При использовании метода вакуумной плавки кислород извлекают из металла не за счет термической диссо­циации оксида, а при восстановлении его углеродом. Поэтому оценку возможности протекания реакции вос­становления целесообразно производить сопоставлением величин свободной энергии образования СО при одних и тех же температурах.

При плавлении металла в вакууме благодаря ничтож­но малым величинам парциального давления СО и яв­лению карбидообразовання, соответствующему процессу плавки, фактические температуры оказываются значительно меньшими.

Ориентируясь на экспериментальные данные о температурных интервалах восстановления некоторых наиболее часто встречающихся оксидов в металле (приведены в справочниках) можно осуществлять фракционный газовый анализ по извлечению из металла кислорода, находящегося в опре­деленных соединениях.

Комплексные исследования количества и состава ок­сидных включений в металле шва. Новые или малоизучен­ные включения рекомендуется исследовать в следующей последовательности:

металлографическим путем на поперечных шлифах из сварного соединения;

определением количества и состава оксидных включе­ний с помощью электролитического растворения образ­цов, вырезанных из металла шва;

химическим анализом оксидного осадка после элект­ролиза;

петрографическим анализом того же осадка; вторичным металлографическим контролем попереч­ного шлифа из металла шва в сопоставлении с резуль­татами химического и петрографического анализов;

рентгеноструктурным или электронно-графическим анализом того же осадка для определения кристаллогра­фической природы неметаллических включений;

электронно-микроскопическим анализом осадка для определения формы, структурных составляющих и выяв­ления особо мелких включений.

Комплексный подход позволяет установить характе­ристики и особые признаки большей части включений, встречающихся в сварных швах (наплавленном метал­ле). Однако имеются упрощенные методы количествен­ного определения включений, позволяющие в порядке первого приближения оценить степень чистоты металла шва, например метод подсчета включений на попереч­ных шлифах и метод сравнения загрязненности шлифа с эталонными шкалами.

Упрощенные методы количественного определения ок­сидных включений в сварных швах. В основу метода, предложенного Герти, поло­жено допущение, что включения по площади распреде­ляются равномерно. Подсчет проводится при определен­ном увеличении (х250) на полосе от периферии до цен­тра квадратного образца. При этом включения в каж­дой части полоски группируют по типу и размеру. Со­держание включений (% по массе) получают из выра­жения

где F₁ — общая площадь включений; F₂ — просмотренная площадь образца; d_B и d_M - плотности включений и металла соответственно.

Метод Герти по сравнению с химическими методами анализа дает лучшую сходимость и более высокую точность. Особенно ценен этот метод применительно к литому металлу, каким является металл сварных швов

Более упрощенным является способ оценки степени ' загрязненности металла по эталонным шкалам. В этом случае фактическую степень загрязненности участка шлифа, попадающего в поле зрения микроскопа, сравнивают с эталонами стандартной шкалы и выражают соответствующими баллами. Принципы построения эталонных шкал и способы оценки по ним могут быть различными. По мере совершенствования методов контроля по эталонным шкалам выявилась необходимость введения новой, дополнительной шкалы для шаровидных включений. В ГОСТ 801—78 наряду с эталонами для строчечных включений, которые наблюдаются в катаной стали, имеются эталоны по шаровидным час­тицам.

Вместе с тем следует отметить, что ни одна из дей­ствующих шкал не отражает полностью действительной степени загрязнения стали. Их можно использовать только для приближенной оценки.