Процесс наплавки металла является чувствительным ко многим факторам, поэтому предотвращению появления трещин в наплавленном металле необходимо уделять достаточное внимание. Свободно ориентируясь в возможных причинах неудовлетворительного результата, можно выбрать оптимальные методы борьбы и гарантированно получить успешный, качественный результат.
Первое, на что следует обратить внимание – это химический состав наплавленного металла, который определяет его свойства.
Сера относится к числу химических элементов, в наибольшей степени снижающих стойкость наплавленного металла к возникновению трещин.
Сера входит в категорию вредных примесей стали, и ее содержание строго нормируется. В частности, используется понятие «качество стали», и главные характеристики в этой классификации – соответствие нормам концентраций химических веществ. Например, в составе стали обыкновенного качества предел содержания серы не должен превышать 0,050%, для высококачественной – в два раза меньше.
При нагревах, характерных для процесса наплавки, отрицательное действие серы на физические свойства основного изделия и наплавленного слоя обусловлено ее взаимодействием с железом. Его результатом становятся различные химические соединения, занимающие пространство между границами кристаллических зерен и ослабляющие эти промежутки. Например, сульфид железа не выдерживает в твердом состоянии нагрев свыше 12000С, а его эвтектическая смесь непосредственно с железом переходит в расплав при нагреве, не превышающем 10000С. Низкую температуру перехода в жидкое состояние имеет и эвтектическое соединение с кремнием - 2FeO·SiO2+FeS.
Таким образом, чем больше в металле появляется легкоплавких эвтектических включений соединений серы, тем выше красноломкость и вероятность появления трещин. Поэтому содержание этого элемента чаще всего ограничивают «допустимым» количеством - как в основном материале детали, так и в наплавленном слое.
Чрезвычайно опасно влияние серы в легированных сталях, особенно содержащих никель, который склонен к образованию еще более неустойчивых к нагреву эвтектики с участием сульфида никеля, который переходит в жидкое состояние при температуре менее 6500С.
Образование нестойких к нагреву соединений с серой возможно и для других элементов. Для простых конструкционных сталей в их число входит и углерод. Поэтому в целях улучшения свойств наплавленного металла добиваются минимальных концентраций серы в рабочей зоне.
Таким образом, опасность резкого ухудшения свойств металлических сплавов при отклонении химического состава от заданных норм по содержанию серы очевидна. Поэтому еще на этапе металлургической выплавки проводится рафинирование сплавов и сталей – их очистка от вредных примесей, в том числе от серы.
Применительно к рассматриваемым процессам наплавки металла, поступление серы в зону обработки возможно как из переходящих в расплав основного и добавочного металлов, так и – в случае их применения – из флюсов. Их тоже необходимо принимать к рассмотрению, так как шлаки оказывают химическое воздействие на зону обработки и могут менять концентрации серы и фосфора в металле.
Поэтому в процессе наплавки максимальную концентрацию серы строжайше ограничивают главным образом в присадочных материалах, а также во флюсах, покрытиях и газах, в случае их участия в процессе наплавки металла. Кроме контроля и ограничения состава применяемых материалов, применяют техники десульфурации.