скрыть подразделы

Главная страница » Особенности структурообразования металла шва при сварке плавлением


Особенности структурообразования металла шва при сварке плавлением

При сварке плавлением под воздействием источника теплоты расплавляются кромки основного (свариваемого) металла и электродный металл, подаваемый в сварочную ванну, а также покрытие или флюс. Плавление происходит в зоне сварки – плавильном пространстве, которое перемещается вместе с источником теплоты. Плавильное пространство, или сварочная ванна, условно может быть разделено на две части: головную и хвостовую. В головной части происходит плавление, а в хвостовой – кристаллизация металла и формирование шва.

В отличие от кристаллизации слитка для кристаллизации металла сварочной ванны характерны следующие условия:

  • незначительный объем расплавленного металла;
  • быстрый локальный нагрев металла источником теплоты и быстрое его охлаждение;
  • наличие подвижного температурного поля, создаваемого источником теплоты, вследствие чего средняя скорость кристаллизации в первом приближении равна скорости сварки.

По сравнению с основным металлом сварной шов имеет типичную структуру литого металла, быстро затвердевшего в условиях интенсивного отвода теплоты. Литой металл, как правило, уступает прокатному или кованому по своим пластическим и вязким свойствам, так как имеет более крупнозернистую структуру. Однако в отличие от слитков сварной шов обычно содержит меньше N2, S, Р и С, имеет меньшие зональную и внутрикристаллическую ликвации. Кроме того, из-за особенностей первичной кристаллизации металл шва имеет более мелкозернистую структуру. В большинстве случаев сварные швы из малоуглеродистой и низколегированной сталей обладают высокими механическими свойствами даже без дополнительной термической обработки. Микроструктура металла шва зависит, главным образом, от условий первичной кристаллизации, которая во многом определяет его свойства.

Переход металла сварочной ванны из жидкого состояния в твердое называется первичной кристаллизацией. Процесс затвердевания представляет собой рост кристаллов в результате присоединения к их поверхности атомов из окружающего расплава.

Для большинства сварных швов характерна столбчатая структура. Рост столбчатых кристаллов в сварочной ванне начинается от частично оплавленных зерен основного металла. На них, как на своеобразной подкладке, начинают свой рост первичные кристаллы, количество которых ограничено. Кристаллы развиваются нормально к поверхности охлаждения, в направлении, обратном отводу тепла, – в глубь жидкого металла ванны. В результате они приобретают столбчатую форму (рис. 1).

Рис. 1. Схема роста кристаллов от границы сплавления в сварочной ванне

Размеры столбчатых кристаллов зависят от способа и режимов сварки. Снижение температуры ванны и длительности пребывания металла в жидком состоянии способствует образованию крупных кристаллов.

Рост столбчатых кристаллов способствует удалению из расплавленного металла газов и шлаковых включений. Поскольку температура кристаллизации зависит от чистоты металла, то в первую очередь затвердевает менее загрязненный примесями металл. В процессе затвердевания сварных швов перед фронтом растущих кристаллов маточный раствор непрерывно обогащается примесями. В последнюю очередь затвердевает средняя часть шва, в которой сосредотачивается максимальное количество примесей. Химическая неоднородность, называемая ликвацией, снижает механические свойства металла шва, так как ослабляет связь между кристаллами и является одной из причин возникновения горячих (межкристаллизационных) трещин. Ликвация зависит от формы шва. В узком шве максимальное количество примесей концентрируется в средней части (рис. 2, а), а в широком – в верхней части (рис. 2, б). Вследствие этого влияние примесей в широком шве менее опасно.

Рис. 2. Влияние формы шва на химическую неоднородность (ликвацию) металла: а – узкий шов; б – широкий шов

При сварке сплавов на основе железа кристаллы имеют аустенитную структуру при первичной кристаллизации. В процессе дальнейшего охлаждения у этих сплавов происходят аллотропические превращения γ - железа в α - железо с появлением новых образований в пределах первичного зерна аустенита. Этот процесс называется вторичной кристаллизацией, а возникающая в результате структура – вторичной структурой.

По химическому составу металл шва представляет собой нечто среднее между основным и электродным металлом (с учетом возможного выгорания легирующих элементов, окисления и азотирования за счет окружающей среды).

Участок неполного расплавления представляет собой узкую полоску металла, в которой он в процессе сварки находится в твердожидком состоянии. За время контакта жидкой и твердой фаз в нем протекают диффузионные процессы и развивается химическая неоднородность, а структура металла напоминает видманштеттову структуру (иглообразное расположение структурных составляющих). На этом участке, представляющем собой тонкую переходную полоску от металла шва к основному металлу, и происходит собственно сварка, т. е. формирование кристаллов шва на частично оплавленных зернах основного металла.

Свойства этого участка и металла шва во многих случаях оказывают решающее влияние на работоспособность сварного соединения, так как здесь часто образуются трещины, ножевая коррозия, хрупкие разрушения и т. п. Ширина участка неполного расплавления невелика и для дуговой сварки составляет примерно 0,1…0,5 мм.

Далее следует околошовная зона, называемая зоной термического влияния (ЗТВ).

Просмотров: 4124    Создан: 2012-10-17    Источник: Трубные технологии

Оцените статью: 1 2 3 4 5


Система Orphus