Взаимодействие металла с газами

ПЛАН УРОКА.

Тема урока: Взаимодействие металла с газами.

Цели урока:

• образовательная: изучить особенности взаимодействия металла при сварке;

• развивающая: развитие навыков применения теоретический знаний на практике;

• воспитательная: воспитать трудолюбие и ответственное отношение к работе.

Интеграция урока: химия, физика, технология сварки.

Оснащение урока: учебник, компьютер, проектор (содержит презентацию).

Тип урока: комбинированный.

ХОД УРОКА

Проверка присутствующих на уроке и их готовность к уроку…………..1мин.

Объяснение и запись темы и целей урока…………………………………..2мин.

Актуализация опорных знаний………………………………………………5мин.

1. Каковы особенности металлургического процесса при сварке?

2. Определение сварочной ванны.

3. Явления, протекающие при образовании сварочной ванны.

4. Что происходит при расплавлении металла?

5. Что должны обеспечивать должны обеспечивать процессы, происходящие при сварке?

Мотивация учебной деятельности…………………………………………..3мин.

Для регулирования происходящих химико-металлургических процессов в сварочной ванне необходимо знать, как химические элементы (в частности газы) взаимодействуют с металлом сварочной ванны. Это требуется для правильной очистки свариваемых кромок выбора электродов, защиты сварочной ванны, режимов сварки и т.д., что, в свою очередь, позволит получить качественное сварное соединение.

Изучение нового материала………………………………………………..26мин.

Конспектирование и объяснение нового материала.

Закрепление полученных знаний……………………………………………5мин.

1. Как кислород попадает в сварочную ванну?

2. Какой процесс называется раскислением?

3. Как влияет азот на сварной шов?

4. Как влияет водород на сварной шов?

5. Назовите способы предотвращения попадания газов в сварочную ванну.

Подведение итогов урока……………………………………………………..2мин.

Оценивание наиболее активных студентов.

Домашнее задание……………………………………………………………...1мин.

Проработка изученного материала по конспекту с использованием рекомендуемых источников информации.

Взаимодействие металла с газами.

КИСЛОРОД попадает в сварочную в зону сварки их воздуха, влаги электродного покрытия и неочищенных от кромок. Он взаимодействует с жидким металлом сварочной ванны, окисляет железо и элементы, содержащиеся в стали.

Железо с кислородом образует три соединения (оксида), имеющих весьма важное значение в металлургических процессах, происходящих при сварке плавлением: оксид железа FeO, содержащий 22,27% О₂, оксид железа Fe₃O₄, содержащий 27,64% O₂, оксид железа Fe2O₃, содержащий 30,06% O₂. Из всех трех оксидов растворим в железе только 1- FeO. Остальные оксиды в железе практически нерастворимы и на его свойства влияния почти не оказывают.
В зоне сварочной дуги имеются газовая, шлаковая и металлическая фазы.
При наличии в газовой фазе сложных газов, таких, как, например, СO₂ и Н₂O, которые при диссоциации (растворение, распад) выделяют кислород, также происходит окисление металла сварочной ванны.

Образующийся оксид, железа растворяется частично в шлаке и частично в расплавленном металле, вследствие чего в сварном шве образуются поры. В твердом железе растворимость кислорода невелика.
Процесс удаления кислорода из металла называется раскислением.
Раскисление металла при сварке производится элементами, которые более активно взаимодействуют с кислородом, чем железо. К ним относятся марганец (Mn), кремний (Si), титан (Ti), алюминий (Al) и др.

Элементы, обладающие большим сродством к кислороду, чем железо, способствуют его восстановлению из окислов. При этом элементы, обладающие большим сродством к кислороду, окисляются полностью и в первую очередь, чем другие элементы, имеющие меньшее сродство к кислороду. Сродство элементов к кислороду, а следовательно, и их сила раскисления не являются постоянной величиной или свойством, присущим только какому-то отдельному элементу, а зависит от концентрации элемента-раскислителя в рассматриваемый момент, температуры, при которой протекает реакция, и других факторов.

Раскисление марганцем и кремнием:

FeO_мет + Mn_мет = MnO_шл + Fe_мет

2FeO_мет + Si_мет = SiO_2шл +2 Fe_мет

Закись марганца и двуокись кремния плохо растворяются в железе, поэтому всплывают на поверхность сварочной ванны и переходят в шлак.

Реакции окисления и восстановления проходят одновременно и не до конца, а до определенного состояния равновесия.

АЗОТ в зону сварки попадает из воздуха. Он понижает пластичность металла шва и может способствовать образованию трещин и пор.
Для уменьшения попадания азота в шов необходимо производить сварку короткой дугой и обеспечить хорошую защиту сварочной дуги.

ВОДОРОД попадает в зону сварки из атмосферной влаги, электродного покрытия, ржавчины и т.п. Он способствует образованию пор и микротрещин, что снижает прочность шва.

Предотвращение попадания газов в сварочную ванну:

1. Перед сваркой очистить кромки от ржавчины, влаги, краски и т.п.

2. Перед сваркой прокалить электроды.

3. Обеспечить хорошую защиту сварочной ванны (покрытие электрода, защитный газ, флюс).