Металлургические процессы в зоне сварки плавлением, кристаллизация металла сварочной ванны.

В процессе сварки по мере перемещения источника тепла вслед за ним перемещается и сварочная ванна. При этом в задней части ванны расплавленный металл охлаждается и, затвердевая, образует сварной шов. Кристаллизация металла сварочной ванны начинается у границы с нерасплавившимся основным металлом в зоне сплавления. Различают кристаллизацию первичную и вторичную.

Первичной кристаллизацией называют процесс перехода металлов и сплавов из расплавленного состояния в твердое.

Первичная кристаллизация металла сварочной ванны начинается от частично оплавленных зерен основного или ранее наплавленного металла и продолжается по нормали от линии расплавления.

Первичная кристаллизация металла сварочной ванны протекает периодически, так как периодически ухудшается теплообмен, периодически выделяется скрытая теплота кристаллизации. Это приводит к слоистому строению металла шва и к появлению ликвации. Толщина закристаллизовавшихся слоев зависит от объема сварочной ванны и скорости охлаждения металла и колеблется от долей миллиметра до нескольких миллиметров.

Ликвация — это отделение легкоплавкой составляющей сплава от остальных, встречается в сплавах, имеющих широкий интервал температур плавления.

Зональная (слоистая) ликвация проявляется в неоднородности химического состава металла шва в периферийной и центральной зонах. Это является следствием того, что металл периферийных зон затвердевает раньше и поэтому содержит меньше примесей, чем металл центральных зон. Большое влияние на величину ликвации оказывает температурный интервал кристаллизации. Чем меньше температурный интервал кристаллизации, тем ниже уровень ликвации. Например, в низкоуглеродистых сталях, имеющих интервал кристаллизации 25—35 °С, ликвация незначительна. С увеличением содержания в стали углерода температурный интервал кристаллизации возрастает, и степень ликвации повышается.

Вторичная кристаллизация происходит после завершения первичной и характеризуется сменой кристаллических решеток и изменением структуры, т.е при вторичной кристаллизации металла происходит изменение форм зерен.

Вторичная кристаллизация характерна только для металлов, испытывающие полиморфные превращения (железо, кобальт, титан, марганец и некоторые другие), и в значительной степени зависит от химического состава металла, скорости охлаждения, а также ряда других факторов.

Теплота, выделяемая при сварке, распространяется в основной металл. При этом по мере удаления от границы сплавления скорость и максимальная темпера тура нагрева металла снижаются. Вследствие этого в зоне основного металла про исходят фазовые и структурные изменения, которые влияют на прочность сварного соединения.

Зону основного металла, прилегающую к сварочной ванне, называют зоной термического влияния. Температура нагрева в зоне сварки колеблете! от температуры точки плавления до начальной температуры основного металл.

Строение структуры металла в зоне термического влияния и размеры этой зоны зависят от химического состава, толщины основного металла, способа и режима сварки, а также от термического цикла сварки и других факторов.

Зона сплавления (I) расположена рядом с металлом шва и является важным участком зоны. Этот участок формируется из жидкой и твердой фаз, и в нем происходит сращивание основного и наплавленного металлов, протекают диффузионные процессы, развивается химическая неоднородность и происходит образование общих кристаллов. Участок представляет собой узкую полосу, измеряемую десятыми, а иногда и сотыми долями миллиметра в зависимости от способа сварки. Свойства участка зоны сплавления часто оказывают решающее влияние на прочность и работоспособность наплавленного слоя. На этом участке обычно образуются трещины, ножевая коррозия, усталостные разрушения и т. п. Поэтому правильное его формирование имеет большое значение.

Участок перегрева (2) включает в себя металл, нагреваемый до температуры, близкой к температуре плавления. Этот участок характеризуется крупнозернистой структурой. Металл на этом участке претерпевает аллотропические превращения: а-железо переходит в у-железо, и в результате значительного перегрева происходит рост зерна.

Эта часть зоны термического влияния — наиболее слабое место. Она приобретает большую хрупкость и низкую прочность по сравнению с основным металлом. Перегрев снижает прочность и пластичность металла и особенно опасен для сталей, склонных к образованию закалочных структур. Выбор рациональной технологии сварки сводится, в первую очередь, к обеспечению наименьшего ухудшения свойств металла в этой части.

Участок перекристаллизации или нормализации (3) характеризуется наиболее мелкозернистой структурой, образующейся при температуре 900— 1100°С. При нагреве и охлаждении металла на этом участке происходит перекристаллизация и значительное измельчение зерна. Метал участка приобретает высокие механические свойства и имеет наилучшую прочность и пластичность.

Участок неполной перекристаллизации (4) характеризуется температурой 720—880 °С. Этой температуры оказывается недостаточно, чтобы полностью изменить структуру основного металла в мелкозернистую. Поэтому в этой зоне наряду с зернами основного металла имеются зерна, образующиеся при перекристаллизации. Этот участок имеет достаточную прочность и мало влияет на прочность сварного соединения.

Участок рекристаллизации (5) формируется в пределах температур 500—700 °С, при которых происходит восстановление формы и размера зерен, разрушенных или деформированных при обработке давлением основного металла. В металле, не подвергавшемся деформации, структурных изменений в этой зоне не происходит.

Участок синеломкости (6), нагреваемый до температуры 500 °С и ниже, структурным изменениям не подвергается. Металл данного участка по структуре не отличается от основного. Однако металл участка имеет несколько пониженные пластичность и вязкость и повышенную склонность к образованию трещин. При сварке низкоуглеродистых сталей с повышенным содержанием газов возможно резкое падение ударной вязкости, которое можно объяснить старением металла после холодной деформации.

Структурные изменения основного металла в зоне термического влияния мало отражаются на механических свойствах низкоуглеродистой стали при сварке ее любыми способами. Однако при сварке некоторых конструкционных сталей в зоне термического влияния может происходить образование закалочных структур, которые резко снижают пластические свойства сварных соединений и часто являются причиной образования трещин.

Свариваемость металлов и сплавов.

Под свариваемостью понимают способность металлов образовывать соединения, механические и другие эксплуатационные свойства которых находятся на уровне основного металла. Свариваемость может быть оценена конкретными количественными характеристиками. В зависимости от назначения и условий эксплуатации конструкции определяют:

склонность к образованию горячих и холодных трещин в металле шва и зоне термического влияния; склонность к образованию пор; механические свойства; коррозионную стойкость; химический состав и другие свойства.

Свариваемость определяется не только свойствами металла — она зависит от способа и режима сварки, состава сварочных материалов, конструктивного оформления сварного узла, условий эксплуатации изделий. Различают физическую, технологическую и эксплуатационную свариваемость.

Физическая свариваемость определяется процессами, происходящими на границе соприкосновения свариваемых изделий при различных физико-химических методах соединения металлов (физический контакт, химическое взаимодействие, рекристаллизация и т. п.).

Под технологической свариваемостью понимают возможность получения сварного соединения определенным способом сварки. Технологическая свариваемость влияет на выбор параметров режима сварки и технологическую последовательность выполнения работ.

Под эксплуатационной свариваемостью понимают условия допустимого применения материалов в сварных конструкциях и сварных изделиях.

Похожие статьи:



Прессованный стальной настил, или решетчатый настил — строительная металлическая конструкция, одна из многих в ряду стальных конструкций, и...


Первая, самая главная ошибка - пренебрежение очевидными а также скрытыми нарушениями функционального состояния при несовершенном рационе питания. Невысокий коэффициент выносливост...


Основная задача, которую должен выполнить рекламный текст — это вызвать интерес, пробудить желание, «заставить» что-то сделать, то есть мотивировать потребителя на приобретени...


Ваш ребенок взрослеет на глазах, и при выборе подарка вы все больше и больше затрудняетесь в том, чему отдать предпочтение? При выборе игрушки для вашего ребенка, прежде ...


Сегодня уже понятно, что этикетка - важный элемент на упаковке товара, на этикетке находится необходимая информация и именно она даёт покупателю первый импульс для покупки данного т...






http://solvipak.ru

По всем возникшим вопросам обращаться [email protected]
Все права на материалы, находящиеся на сайте, охраняются в соответствии с законодательством Украины. Использование материалов проекта разрешается при условии ссылки (для интернет-изданий - гиперссылки) на газету «Кафа».