Кислотные оксиды сварочных шлаков — Si02, ТЮ2, P2GL В208и др.; основные — FeO, MnO, NiO, CaO, BaO, MgO, Na20, Cu20, К20 и др. Кроме этих двух групп оксидов, в шлаках могут присутствовать и амфотерные оксиды, ведущие себя с сильными кислотами как основные оксиды, а с сильными основаниями — как кислотные. К таким оксидам относятся Al20M,Fe203, Cr203,V206 и др.

Если степень кислотности больше единицы, шлак считается кислым, если меньше — основным. Однако такое деление весьма условно, так как при определении величины п не учитывается активность каждого из оксидов. Возможны случаи, когда по значению п формально следует отнести шлак к кислым (я 1), однако из-за наличия в нем слабых кислотных и сильных основных оксидов он по характеру металлургического воздействия является основным. Тем не менее, с помощью показателя степени кислотности можно ориентировочно оценить свойства шлака и его поведение при сварке. Весьма важно при этом знать, в какой форме находятся в данном шлаке различные оксиды,— в виде комплексных соединений или в свободном, диссоциированном состоянии.

Для жидкого шлака можно написать реакцию общего вида

(МеО)», + (МеО)„„Сл^ (МеО)0сн ■ (МеО)кисл (VI.24) с константой равновесия

(Ме0осн - МеОкисл)

(МеО)осн - (МеО)

С уменьшением температуры константа Кс равновесия реакции (VI.24) растет, процесс образования комплексных соединений усиливается и концентрация свободных оксидов в шлаке уменьшается.

О силе сродства отдельных оксидов друг к другу можно судить по величине константы равновесия реакции, а также (ориентировочно) — по величине теплового эффекта реакции комплексообра-зования:

Формула комплексаТеплота

комплексообразования, кал/моль

68 200 28 300 14 700 10 800 8100 7 700 2490 45 950

В кислых шлаках наиболее сильными основными выступают оксиды щелочных и щелочноземельных металлов, слабее — амфотерные оксиды. Из кислотных оксидов после БЮа наиболее сильные ТЮ2 и Р206.

NaaO • Si02

2СаО • Si02 BaO • Si02 FeO • Si02

2FeO • Si02 MnO • Si02 ZnO • SiO¡¡

AI203 • S102

Вообще процессы комплексообразования идут в шлаке одновременно для всех оксидов, но наиболее полно и активно они протекают при взаимодействии между сильными основными и кислотными оксидами. Нельзя забывать, конечно, и о влиянии концентрации свободного оксида в шлаке на развитие процессов комплексообразования. При большой концентрации в шлаке слабого оксида степень его активности может заметно возрасти.

К началу затвердевания шлака отдельные его составляющие имеют форму двойных и более сложных комплексных соединений, а также находятся во взаимных растворах.

Химические свойства сварочных шлаков нельзя рассматривать в отрыве от их физических свойств.

Физические свойства шлаков характеризуются:

1)тепловыми константами — температурой плавления и размягчения, теплоемкостью, скрытой теплотой плавления и теплосодержанием шлака;

2)вязкостью в жидком состоянии и ее изменением с температурой;

3)газопроницаемостью;

4)плотностью в жидком состоянии;

5)свойствами, определяющими отделяемость шлака от металла шва в твердом состоянии.

Для подавляющего большинства сварочных шлаков характерна большая склонность к переохлаждению, что объясняется их повышенной вязкостью в жидком состоянии.

Точно определить температуру плавления шлаков трудно, так как соответствующие критические точки превращения выражены не всегда отчетливо, а иногда и вовсе отсутствуют. Для шлаков характерно наличие некоторого интервала плавления, лежащего между температурами начала размягчения шлака и его перехода в жидкое состояние, отвечающее полному плавлению. Интервал плавления у кислых шлаков обычно больше, чем у основных.

От температуры размягчения и плавления шлаков следует отличать температуру образования шлаков при плавлении электродных покрытий или керамических флюсов, представляющих собой механическую смесь измельченных компонентов, связанных обычно раствором жидкого стекла. Для такого шлака характерна температура плавления смеси оксидов, составляющих его (например, электродного покрытия). Обычно она несколько выше, чем для сплавленного шлака того же состава, но также, как и для сплавленного шлака, должна быть ниже температуры плавления металла.

Активность жидких шлаков при взаимодействии с металлом сильно зависит от их вязкости (см. гл. V) и характера ее изменения с ростом температуры.

На рис. 117 приведены кривые зависимости вязкости сварочных шлаков от температуры. По этим кривым можно судить об особенностях поведения шлаков при переходе из жидкого состояния в твердое. Кривая /, соответствующая «коротким» шлакам, показывает,