Особенности металлургических процессов при сварке

Обновлено: 18.05.2024

Сварка отличается от других металлургических процессов следующими особенностями:

Происходит при высокой температуре нагрева;

Протекает с большой скоростью, т.к. характеризуется очень малыми объемами нагретого и расплавленного металла;

При сварке имеет место быстрый отвод тепла от расплавленного металла сварочной ванны в прилегающие к ней зоны твердого основного металла;

На расплавленный металл в зоне сварки интенсивно воздействуют окружающие его газы и шлаки;

В ряде случаев для образования металла шва используется присадочный металл, химический состав которого может значительно отличаться от состава основного металла.

Высокая температура нагрева при сварке ускоряет процессы плавления электродного металла, основного металла, электродного покрытия и флюса. При этом имеет место значительное испарение, разбрызгивание и окисление веществ, участвующих в химических реакциях в зоне сварки.

Молекулы ряда элементов (О₂, Н₂, N₂) при высоких температурах дуги частично распадаются на атомы (т.е. диссоциируют). В атомарном состоянии эти элементы обладают более высокой активностью, чем в молекулярном. Вследствие этого, окисление элементов, насыщение металла азотом и поглощение водорода в процессе сварки протекают более интенсивно, чем при обычных металлургических процессах.

Малые объемы расплавленного металла в сварочной ванне и интенсивный отвод тепла в окружающий (основной) металл обуславливают кратковременность протекающих химических реакций при высоких температурах процесса, поэтому не всегда эти реакции могут полностью завершиться. С другой стороны, сильно ускоряются процессы затвердевания и кристаллизации металла шва, что отражается на структуре твердого металла шва, получаемого после сварки, а также околошовной зоны основного металла.

Указанные особенности металлургических процессов при сварке затрудняют получение сварных швов высокого качества, особенно для металлов, чувствительных к быстрому нагреву и охлаждению, легко окисляющихся, склонных к образованию пористости, закалочных структур, трещин и других дефектов. Для сварки конструкций из таких металлов приходится применять специальную технологию и режимы, особые присадочные материалы, электроды, электродные покрытия, флюсы, в ряде случаев использовать предварительный и сопутствующий подогрев, а также последующую термообработку швов или целых изделий.

19.8. Основные реакции в зоне сварки.

Рассмотрим основные реакции в зоне сварки, характерные для стали, как наиболее распространенного в промышленности металла.

Реакции окисления и раскисления.

Кислород является наиболее вредной примесью, т.к. окисляет расплавленный металл, образуя окислы. Если окислы растворимы в жидком металле, то они поглощаются последним, образуя с ним при затвердевании твердые растворы.

Нерастворимые окислы выделяются из затвердевшего металла, переходя в шлак. Часть нерастворимых окислов остается в металле шва в виде включений шарообразной формы (так называемых глобул) или, располагаясь по границам зерен, нарушает сцепление их между собой.

При изучении реакций, протекающих в сварочной ванне, следует учитывать возможность окисления жидкого металла:

а) свободным (молекулярным и атомарным) кислородом газовой фазы;

б) кислородом, находящимся в свариваемых кромках в виде окислов и шлаков;

в) кислородом, растворенным в металлической ванне и химически активных шлаках (которые вступают в процессе сварки в обменные окислительно-восстановительные реакции с металлом сварочной ванны).

С железом кислород образует три окисла:

закись железа по реакции 2Fe + O₂ 2FeO;

окись железа по реакции 3Fe + 2O₂ Fe₃O₄;

закись – окись железа 2Fe + 1,5O₂ Fe₂O₃.

При окислении сначала образуется закись железа, которая в дальнейшем при соответствующих условиях (температуре, соотношении кислорода и железа в сварочной ванне) может переходить в окись и закись-окись.

Из всех трех окислов растворима в железе только закись. Остальные окислы в железе практически не растворимы и на его свойства влияния практически не оказывают. Однако окалина и ржавчина на свариваемых кромках, содержащие высшие окислы (закись-окись и окись железа), свободным железом могут раскисляться до закиси по следующим формулам:

Образующая закись железа (FeO) растворяется частично в шлаке и частично в расплавленном металле, в результате чего в сварном шве образуются поры. В твердом железе растворимость кислорода невелика.

Присутствие кислорода в металле шва в виде твердого раствора или включений окислов, в первую очередь сказывается на ухудшении механических свойств наплавленного металла: понижаются пределы прочности и текучести, относительное удлинение, ударная вязкость. Кроме того, кислород вредно влияет и на другие свойства металла – снижает стойкость его против коррозии, повышает склонность к старению, делает металл хладноломким и красноломким.

Вследствие окисления содержание некоторых элементов в металле шва может резко уменьшиться, что заметно ухудшает его свойства (см.табл. ). Так, например, при сварке электродами без покрытия количество углерода в металле шва может уменьшиться на 50-60%, а марганца – на 40…50% по сравнению с содержанием их в электродной проволоке.

Для уменьшения растворимости окисла в металле необходимо иметь соответственно более низкую концентрацию окисла в шлаке, в результате окисел будет стремиться перейти из металла в шлак. И наоборот, более высокая концентрация окисла в шлаке способствует его переходу в металл, что используется при введении в покрытие электродов или во флюсы окислов марганца и кремния, чтобы компенсировать выгорание этих элементов при сварке:

МnО + Fe_ж = FeO + [Мn]

Таким образом, главным условием получения наплавленного металла высокого качества является защита его от окисления кислородом окружающей среды. Это достигается созданием вокруг расплавленного металла защитной среды из газов и шлаков (или вакуума).

Если жидкий металл содержит элементы раскислители, которые имеют большее сродство к кислороду, чем металл сварочной ванны, то в этом случае концентрация кислорода в сварочной ванне может быть значительно уменьшена за счет элементов раскислителей.

Если элементы, применяемые в качестве раскислителей при сварке, расположить по признаку уменьшения их химической активности к кислороду, то получим следующий ряд: Al, Ti, Si, V, C, Mn, Cr.

Эти элементы поступают в сварочную ванну из присадочного металла, покрытия электродов или из флюса. В качестве веществ, содержащих раскислители, применяют ферросплавы: ферромарганец, ферросилиций, ферротитан и другие.

Благодаря раскислению и защите зоны сварки и расплавленного металла газами и шлаками, образуемыми при расплавлении покрытия электродов и флюса, содержание кислорода в металле шва очень невелико и составляет 0,005-0,057% (в электродной проволоке содержание кислорода не более 0,01%).

Раскисление кремнием и марганцем происходит по реакциям:

2[FeO]+[Si] (SiO₂)+[Fe];

[FeO]+[Mn] (Mn)+[Fe].

Образующие при этом окись кремния (SiO₂) и закись марганца (MnO) плохо растворимы в жидком металле и переходят в шлак. Кроме того, закись железа и закись марганца могут вступать в реакцию с кислотными окислами, образуя соединения типа 2FeOSiO₂; 2MnOSiO₂(силикаты) и 2FeOTiO₂ (титанаты). Эти соединения почти не растворимы в жидком металле и полностью остаются в слое шлака.

Если в шлаках, образующихся при сварке, преобладают кислые окислы (SiO₂, TiO₂), то такие шлаки, а также образующие их покрытия и флюсы, называют кислыми. Преобладание в шлаке основных окислов (CaO, FeO, MnO, Na₂O, K₂O, MgO), наоборот, придает ему химические свойства основания. Соответственно, электродные покрытия и флюсы, дающие основные шлаки, называются основными.

При высоких температурах сварочной ванны, содержащиеся в шлаках окись кремния (SiO₂) и закись марганца (MnO) вступают в реакцию с железом сварочной ванны. Эти реакции протекают на границе раздела жидкий шлак – жидкий металл по следующей схеме:

растворяется в металле [FeO]

С повышением температуры сварочной ванны скорость и полнота протекания этих реакций увеличивается.

Как видно из схемы, образующаяся закись железа (FeO) растворяется в жидком металле. При последующем остывании шва находящаяся в нем закись железа вступает в реакцию с другими элементами, содержащимися в расплавленном металле, такими как кремний, хром, марганец, образуя окислы этих элементов, которые могут оставаться в металле шва. Поэтому при сварке сталей, содержащих повышенное количество кремния, хрома и марганца, не рекомендуется пользоваться кислыми покрытиями или флюсами с высоким содержанием окислов кремния и марганца, т.к. при этом увеличивается содержание кислорода в металле шва, что снижает ударную вязкость.

Основные электродные покрытия и флюсы дают основные шлаки, содержащие преимущественно окись кальция (CaO), которая не отнимет кислород от окислов металлов. В покрытия основного типа, для раскисления наплавленного металла, вводят ферросплавы - ферросилиций и ферротитан. В электродных покрытиях этого типа основными реакциями раскисления будут:

Раскисление кремнием 2FeO+Si SiO₂+2Fe

Раскисление титаном 2FeO+Si TiO₂ +2Fe.

Эти реакции протекают без газообразования, и сварочная ванна остаётся спокойной. Поэтому покрытия основного характера называют также спокойными. Основные электродные покрытия дают наплавленный металл с высоким механическим свойствами.

В результате происходящих в сварочной ванне реакций раскисления содержание кремния и марганца в металле шва несколько увеличивается, например, кремния до 0,1…0,3%, марганца до 0,7…1,0% и более.

Раскисление углеродом, содержащимся в тех концентрациях, какие встречаются в стальных сварных швах, происходит менее активно, чем кремнием (более интенсивно раскисление углеродом может происходить при сварке угольным электродом на обратной полярности).

С кислородом окислов углерод взаимодействует, главным образом, в момент расплавления электрода и только в зоне наиболее высоких температур сварочной ванны. Раскисление же марганцем и кремнием происходит при более низких температурах и протекает вплоть до начала кристаллизации металла шва.

Раскисление углеродом происходит по реакции:

[FeO]+[C] CO↑+ [Fe]

Образовавшаяся газообразная окись углерода (CO) не растворяется в жидком металле и выделяется в атмосферу, вызывая сильное кипение сварочной ванны. Поэтому кислые покрытия называют кипящими.

Если кремния в металле шва недостаточно, то раскисление может происходить преимущественно за счет углерода с образованием (CO), избыточное количество которой не успевает выделится из кристаллизующегося металла и остаётся в нем, образуя газовые поры. Для получения плотного, беспористого шва необходимо подавлять реакцию окисления повышением содержания кремния в металле сварочной ванны до 0,2…0,3% .

При понижении содержания кремния в металле шва до 0,12% и ниже неизбежно образование большого количества пор.

Раскисление при сварке стальных заготовок применяется редко. Выше указывалось, что алюминий обладает большим сродством к кислороду. Однако окись алюминия (Al₂ O₃) не растворима в жидком металле и медленно переходит в шлак, кроме того, алюминий способствует окислению углерода, что вызывает пористость шва. Поэтому алюминий, как раскислитель, при сварке сталей вводится в металл шва только тогда, когда нужно уменьшить окисление других легко окисляемых элементов, например, титана, но имеющих меньшее сродство к кислороду, чем алюминий.

Для предотвращения насыщения металла водородом при сварке необходимо:

Производить прокалку электродов перед сваркой.

Хранить электроды в сухом месте в герметичных футлярах.

Защищать места сварки от попадания влаги.

Использовать проволоку без ржавчины и удалять ржавчину с кромок свариваемого металла.

Стараться не применять многопроходных швов при автоматической сварке под флюсом, т. к. при наложении последующих слоев водород насыщает нижележащие слои в момент их расплавления.

19.9. Типы сварных соединений при ручной дуговой сварке зависят от взаимного расположения свариваемых элементов.

Сварные соединения и швы классифицируются по следующим основным признакам:

виду соединения – стыковые, угловые, тавровые, нахлёсточные (рис.19.11);

положению, в котором выполняется сварка – нижнее «в лодочку», нижнее угловое, нижнее стыковое, горизонтальное, вертикальное, полупотолочное и потолочное;

конфигурации (прямолинейные, кольцевые, вертикальные, горизонтальные);

протяжённости (сплошные и прерывистые);

применяемому виду сварки;

способу удержания расплавленного металла шва (швы, выполненные без подкладок и подушек; на съёмных и остающихся стальных подкладках; на медных, флюсо-медных, керамических и асбестовых подкладках, а также флюсовых и газовых подушках);

количеству наложенных слоёв (одно- , двух- и многослойные швы);

применяемому для сварки металлу (швы соединения углеродистых и легированных сталей, швы соединения цветных металлов, швы соединения винипласта и полиэтилена);

расположению свариваемых деталей относительно друг друга (под острым или тупым углом; под прямым углом; а также располагаться в одной плоскости);

действующему на шов усилию – комбинированные, косые, фланговые, лобовые;

объёму наплавленного металла – швы нормальные, ослабленные, усиленные форме свариваемой конструкции (швы на плоских или сферических конструкциях);

форме подготовленных кромок под сварку (V- образные, X-образные, K-образные и т.д.).

Ручную дуговую сварку применяют для изготовления конструкций из углеродистых, легированных и высоколегированных сталей, а также из чугуна, медных и алюминиевых сплавов толщиной от 1 до 50 мм. Ее целесообразно проводить в монтажных условиях.

Рис. 19.11. Виды сварных соединений: а - стыковые; б - нахлесточные; в - угловые; г - тавровые

Недостаток ручной дуговой сварки - малая производительность, которая в свою очередь, зависит от квалификации сварщика.

Металлургические процессы при проведении сварки

Металлургические процессы при сварке протекают в зоне формирования сварочной ванны. Металлургию сварки характеризуют определенные физические и химические реакции, которые определяются взаимодействием плавящегося сплава со сварочными спецфлюсами, формирующимися в результате сварки шлаками и газами. Дополнительно в процессе проведения сварки происходят реакции, связанные со снижением температуры расплавленного сплава и кристаллизацией металла сварочной ванны.

Процесс плавления металла при скреплении деталей, с использованием специального инструмента, называется сваркой.

Физические и химические реакции, связанные с изменениями в металле, происходят на всех этапах осуществления дуговой электросварки. Основными этапами дуговой электросварки являются:

плавление электрода, используемого в процессе электросварки;
переход капель металла через электродуговой промежуток;
попадание сварочного металла в сварочную ванну.

Схема дуговой сварки.

В отличие от реакций общей металлургии, которые протекают в сталеплавильных агрегатах, условия плавления металлической заготовки и протекания всех реакций при электродуговой сварке сильно отличаются целым комплексом особенностей. Эти особенности влияют на развитие плавления и на конечный результат. Основные особенности металлургических процессов при сварке следующие:

небольшой объем зоны плавления;
высокие температурные показатели и перегрев расплавленных компонентов в ванне;
перемещение расплавленного сплава, его перемешивание и обновление;
высокая скорость снижения температуры и кристаллизации компонентов, входящих в состав сварочной ванны.

При таких условиях происходит интенсивное взаимодействие между компонентами сплава.

Реакции, возникающие при проведении электродуговой сварки

Среди огромного количества реакций, которые протекают в процессе осуществления электросварочных работ, основными являются следующие:

Схемы движения электрода при ручной дуговой сварке.

диссоциация образующихся газов и химсоединений;
окисление расплавленного металла;
раскисление компонентов сплава;
раскисление под действием марганца;
раскисление под воздействием кремния;
раскисление под влиянием титана;
раскисление под воздействием углерода;
взаимодействие с газообразным азотом;
химвзаимодействие с водородом;
взаимодействие с серой и фосфором.

Все эти химпроцессы, происходящие при сварке плавлением, в той или иной мере оказывают воздействие на качество сварного соединения.

Характеристика реакций при дуговой сварке

При диссоциации осуществляется распад сложных компонентов на отдельные атомы или составляющие части. Возникновению диссоциации способствует высокий температурный режим в зоне проведения сваривания и каталитическое действие металлического расплава. При проведении электродугового сваривания диссоциации подвергаются молекулы различных газов: кислорода, водорода и азота, дополнительно происходит распад углекислого газа, водяных паров и некоторых других.

В зависимости от условий проведения электродуговой сварки, получаемые при диссоциировании молекул водяного пара компоненты могут как восстанавливать, так и окислять компоненты сплава, присутствующие в сварочной ванне.

, присутствующий в составе флюса, также подвергается распаду. Получающийся свободный атом фтора связывает атомы водорода, препятствуя его растворению.

Принцип газовой сварки.

Окисление металлических компонентов происходит под влиянием газов, которые в процессе сваривания переходят в атомарное состояние. В первую очередь на процесс окисления огромное влияние оказывает атомарный кислород, получаемый из молекулярного, входящего в состав атмосферы, окисление металла снижает его качество. Дополнительно окислять атомы металла могут пары воды, которые в результате диссоциации образуют атомарный кислород. Получаемая при окислении окись двухвалентного железа, растворяясь в расплаве, резко снижает его физсвойства. При проведении дугового сваривания окислению подвергаются практически все компоненты, входящие в сталь заготовки, подвергаемой обработке.

Применяемая при проведении работы защита не всегда позволяет избежать окисления, поэтому для улучшения качества шва проводят раскисление компонентов сплава. Раскисление представляет собой восстановительный процесс, при котором осуществляется восстановление железа, содержащегося в электросварочной ванне. Образуемый при раскислении кислород переводится в металле в нерастворимые химсоединения. В качестве спецраскислителей применяется марганец, кремний, титан, алюминий и углерод. Раскислители вводятся в зону сваривания через проволоку, покрытие электросварочных электродов и флюсы.

Взаимодействие с азотом в атомарном состоянии возникает в процессе распада молекулярного газа при попадании в электросварочную дугу. Это ведет к синтезу нитридов, ухудшающих качество.

Взаимодействие с серой и фосфором понижает качество электросварного шва в области сваривания.

Физико-химические реакции, происходящие при проведении газосварки

Металлургические процессы при газовой сварке полностью зависят от состава сплава, вводимых в расплав добавок и состава газового пламени.

Способы и режимы газовой сварки: А — ванночками; Б — по отборочным кромкам.

При проведении газовой сварки осуществляется взаимодействие расплавленных компонентов сплава, находящихся в сварочной ванне с пламенем газовой горелки. Реакции, происходящие при взаимодействии, полностью определяются физическими и химическими свойствами металлического расплава и составом пламени горелки. Сваривание осуществляется в восстановительном секторе факела, который состоит из оксида углерода и водорода. Различные компоненты по-разному реагируют с пламенем факела. Легче всего происходит окисление компонентов расплава, которые имеют большое сродство к кислороду. Окисление осуществляется за счет участия оксидов, входящих в состав основного металла и присадочной проволоки, дополнительно на скорость окисления оказывает влияние кислород атмосферного воздуха. При увеличении концентрации кислорода происходит снижение качества сварного шва и ухудшение его мехсвойств. Для снижения воздействия окислителей при проведении газосварочных работ в присадки вводятся специальные химсоединения – раскислители.

Раскислители представляют собой химвещества, имеющие большее сродство к кислороду, нежели компоненты основного расплава, из которого формируется электросварной шов. При проведении сваривания стали раскисляющим действием обладает углерод, оксид двухвалентного углерода и водород, которые образуются в процессе горения сварочного пламени. Это позволяет производить сваривание углеродистых сталей без использования присадочных флюсов.

Образуемый при проведении сваривания оксид двухвалентного углерода вызывает кипение расплава. Во время кипения происходит удаление нежелательных включений из расплава. При осуществлении кипения в момент кристаллизации образуются пузырьки, что снижает качество газосварки. Для уменьшения этого эффекта вводятся марганец и кремний.

Влияние химсостава газосварочного пламени на окислительно-восстановительные реакции

Состав газосварочного пламени оказывает огромное влияние на химические и физические процессы, происходящие в расплаве при проведении газосваривания. В составе нормального ацетиленокислородного пламени в средней его части, имеющей восстановительную среду, содержится 60% оксида двухвалентного углерода и по 20% молекулярного и атомарного водорода. Основным восстановителем железа является водород в атомарном состоянии. Образуемые при газосварке окислы кремния и марганца не проникают в жидкий металл, а всплывают на его поверхности, превращаясь в шлак. В жидком расплаве содержится большое количество разных оксидов, которые взаимодействуют между собой. Результатом таких взаимодействий является формирование химических соединений с низкой температурой плавки, что позволяет значительно легче удалить окислы из состава расплава газосварочной ванны. Окислы удаляются в виде разных шлаков.

При проведении газосваривания латуни, меди или алюминия в зону сваривания вводятся разные добавки. Раскисление проводится углеродом, оксидом двухвалентного углерода и водородом. При проведении сварки пламя обеспечивает восстановление металла и защиту расплава от кислорода и азота атмосферы.

Металлургические процессы при сварке

Особенности металлургической сварки. Тавровое соединения пластин. Металлургические процессы, протекающие в ванне жидкого металла под действием сварочного пламени: диссоциация газов и соединений, окисление металла, взаимодействие с азотом и водородом.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	25.08.2013
Размер файла	19,4 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Бюджетное образовательное учреждение

Начального профессионального образования

«Профессиональное училище № 28»

Выпускная квалификационная работа

Тема: Металлургические процессы при сварке

Работу выполнил: Носов Илья Сергеевич,

Руководитель: Прохоров Александр Леонидович,

Содержание

1. Металлургические процессы при сварке

2. Особенности металлургических процессов

3. Практическая работа. Тавровое соединение пластин

В решение задач научно- технического прогресса важное место принадлежит сварке. Сварка является технологическим процессом, широко применяемая практически во всех отраслях народного хозяйства. С применением сварки создаются серийные и уникальные машины. Сварка внесла коренные изменения в конструкцию и технологию производства многих изделий. При изготовлении металлоконструкций, прокладке трубопроводов, установке технологического оборудования, на сварку приходится четвертая часть всех строительно-монтажных работ. Основным видом сварки является дуговая сварка.

Процессы расплавления и затвердевания металла, сопровождающиеся изменением его химического состава и кристаллического строения, называются металлургическими.

Сварка также является металлургическим процессом, но отличается от других подобных процессов следующими особенностями:

а) происходит при высокой температуре нагрева;

б) протекает с большой скоростью;

в) характеризуется очень малыми объемами нагретого и расплавленного металла;

г) при сварке имеет место быстрый отвод тепла от расплавленного металла сварочной ванны в прилегающие к ней зоны твердого основного металла;

д) на расплавленный металл в зоне сварки интенсивно воздействуют окружающие его газы и шлаки;

е) в ряде случаев для образования металла шва используется присадочный металл, химический состав которого может значительно отличаться от состава основного металла.

Высокая температура нагрева при сварке значительно ускоряет процессы плавления электродного металла, основного металла, электродного покрытия и флюса. При этом имеет место значительное испарение, разбрызгивание и окисление веществ, участвующих в химических реакциях в зоне сварки.

Молекулы ряда элементов, таких, как кислород, азот, водород, при высоких температурах дуги частично распадаются на атомы (диссоциируют). В атомарном состоянии эти элементы обладают более высокой химической активностью, чем в молекулярном. Вследствие этого окисление элементов, насыщение металла азотом и поглощение водорода в процессе сварки протекает более интенсивно, чем при обычных металлургических процессах.

Малые объемы расплавленного металла в сварочной ванне и интенсивный отвод тепла в окружающий металл, обусловливают кратковременность протекающих химических реакций при высоких температурах процесса, поэтому не всегда эти реакции могут полностью завершаться. С другой стороны, сильно ускоряются процессы затвердевания и кристаллизации металла шва, что существенно отражается на строении (структуре) твердого металла шва, получаемого после сварки, а также околошовной зоны основного металла.

Химический состав, структура и плотность металла шва зависят от состава основного и присадочного металла, характера и состава газов, окружающих жидкий металл, режима сварки и прочих факторов.

Указанные особенности металлургических процессов при сварке затрудняют получение сварных швов высокого качества, особенно для металлов, чувствительных к быстрому нагреву и охлаждению, легко окисляющихся, склонных к образованию пористости, закалочных структур, трещин и других дефектов. Для сварки конструкций из таких металлов приходится применять специальную технологию и режимы, особые присадочные металлы, электроды, электродные покрытия, флюсы, в ряде случаев использовать предварительный и сопутствующий подогрев, а также последующую термическую обработку швов и в некоторых случаях -- целых изделий.

сварка металлургический тавровый диссоциация

В ванне жидкого металла под действием сварочного пламени и окружающей газовой среды, а также в ряде случаев в присутствии флюсов протекают металлургические процессы. Процессов, протекающих в условиях дуговой сварки, много. Рассмотрим те, которые имеют общий характер во всех или большинстве случаев выполнения сварки.

Диссоциация газов и соединений. При диссоциации происходит распад более сложных компонентов на атомы или составные части. Этому процессу способствуют наличие высоких температур в зоне сварки и каталитическое действие расплавленного металла. При дуговой сварке в первую очередь диссоциации подвергаются молекулы газов как простых - кислород, азот, водород, так и сложных - углекислый газ СО2, пары воды Н2О и др. Диссоциация газов происходит по реакциям

Кислород и водород при температурах дуга практически полностью диссоциируют на атомы, азот диссоциирует в меньшей степени.

Следовательно, в зависимости от условий протекания реакций водяной пар может окислять или восстанавливать металл сварочной ванны.

Диссоциации подвергаются и более сложные соединения. Во многих электродных покрытиях и флюсах содержится плавиковый шпат CaF2. При высоких температурах он разлагается по реакции

Атомы фтора, соединяясь с электронами, превращаются в ионы с малой подвижностью. Это ведет к снижению проводимости дугового промежутка и ухудшению стабильности дуги. Но в то же время атомы фтора способны связывать водород в молекулы HF, не растворяющиеся в металле ванны, уменьшая насыщение металла шва водородом.

В состав многих покрытий электродов входят карбонаты, например СаСО3. Разлагаясь при высоких температурах, они выделяют углекислый газ, который в свою очередь диссоциирует с образованием кислорода.

Находясь в атомарном состоянии, газы становятся химически активными и, реагируя с металлом, резко ухудшают его качество.

Окисление металла при сварке. Металл сварочной ванны может окисляться за счет кислорода, содержащегося в газовой среде и шлаках в зоне сварки. Кроме того, окисление может происходить и за счет оксидов (окалины, ржавчины), находящихся на кромках деталей и поверхности электродной проволоки. При нагреве имеющаяся в ржавчине влага испаряется, молекулы воды диссоциируют, а получающийся кислород окисляет металл. Окалина при плавлении металла превращается в оксид железа также с выделением свободного кислорода. При недостаточной защите сварочной ванны окисление происходит за счет кислорода воздуха.

Кислород с железом образует оксиды: FeO (22,3% О2), Fe3O4 (27,6% О2), Fe2O3 (30,1% О2). При высокой температуре сварочной дуги за счет атомарного кислорода в результате реакции Fe + О

FeO образуется низший оксид, который при понижении температуры может переходить в другие формы высших оксидов.

Наибольшую опасность для качества шва представляет оксид FeO, способный растворяться в жидком металле. Этот оксид обладает температурой плавления меньшей, чем у основного металла. Поэтому при кристаллизации металла шва он затвердевает в последнюю очередь. В результате он располагается в виде прослоек по границам зерен, что вызывает снижение пластических свойств металла шва. Чем больше кислорода в шве находится в виде FeO, тем сильнее ухудшаются его механические свойства. Высшие оксиды железа не растворяются в жидком металле и, если они не успевают всплывать на поверхность сварочной ванны, остаются в металле шва в виде шлаковых включений.

Железо может окисляться также за счет кислорода, содержащегося в СО2 и парах воды Н2О.

В процессе сварки кроме железа окисляются и другие элементы, находящиеся в стали, - углерод, кремний, марганец. При переходе капель электродного металла в дуге окисление элементов происходит в результате взаимодействия их с атомарным кислородом газовой среды дугового промежутка:

С + О= СО, Мn + О= MnO,

Окисление этих элементов приводит к уменьшению их содержания в металле шва. Кроме того, образующиеся оксиды могут оставаться в шве в виде различных включений, значительно снижающих механические свойства сварных соединений, особенно пластичность и ударную вязкость металла шва. Повышенное содержание кислорода вредно влияет и на другие свойства - уменьшает стойкость против коррозии, повышает склонность к старению металла, сообщает ему хладноломкость и красноломкость. Поэтому одним из условий получения качественного металла шва является предупреждение окисления его в первую очередь путем создания различных защитных сред.

Раскисление металла при сварке. Применяемые при сварке защитные меры не всегда обеспечивают отсутствие окисления расплавленного металла. Поэтому его требуется раскислить. Раскислением называют процесс восстановления железа из его оксида и перевод кислорода в форму нерастворимых соединений с последующим удалением их в шлак. Окисление и раскисление, в сущности, представляют два направления протекания одного и того же химического процесса. В общем случае реакция раскисления имеет вид

FeO + Ме= Fе + МеО,

где Me - раскислитель.

Раскислителем является элемент, обладающий в условиях сварки большим сродством к кислороду, чем железо. В качестве раскислителей применяют кремний, марганец, титан, алюминий, углерод. Раскислители вводят в сварочную ванну через электродную проволоку, покрытия электродов и флюсы. Ниже приведены наиболее типичные реакции раскисления.

Оксид марганца малорастворим в железе, но сам хорошо растворяет оксид железа FeO, увлекая его за собой в шлак.

2FeO + Si= 2Fe + SiO2.

2FeO + Ti = 2Fe + TiO

Титан - энергичный раскислитель, при этом образуются легкоплавкие титанаты марганца и железа.

Оксид кремния плохо растворим в железе и всплывает в шлак. Раскисление кремнием сопровождается реакциями образования более легкоплавких комплексных силикатов марганца, кремния и железа, которые лучше переходят в шлак.

Марганец, кремний и титан вводят в сварочную ванну через электродную проволоку, легируя ее через покрытие электрода или флюс, вводя соответствующие ферросплавы.

Образующийся оксид углерода выделяется в атмосферу в газообразном состоянии, вызывая сильное кипение сварочной ванны и образуя поры в шве. Для получения плотных швов реакцию раскисления углеродом следует «подавить» введением в сварочную ванну других раскислителей, например кремния.

Взаимодействие с азотом. Азот воздуха, попадая в столб дуги, разогревается и частично диссоциирует. В атомарном состоянии азот растворяется в жидком металле. В процессе охлаждения азот выпадает из раствора и взаимодействует с металлом, образуя ряд соединений -нитридов Fe2N, Fe4N. Атомарный азот может соединяться и с кислородом, образуя оксид азота NO, который, растворяясь в каплях электродного металла, переходит в сварочную ванну. Содержание азота в металле шва вредно влияет на его механические свойства, особенно пластичность. Кроме того, насыщение металла азотом способствует образованию газовых пор. Снижение азота проводят для защиты расплавленного металла от воздуха или введения в него химических элементов, удаляющих азот в виде неметаллических включений.

Взаимодействие с водородом. Водород может попасть в зону сварки из влаги покрытия электрода или флюса, ржавчины на поверхности сварочной проволоки и детали, из воздуха. Атомарный водород хорошо растворяется в жидком металле, и с увеличением температуры нагрева растворимость увеличивается. Важной закономерностью в поведении газов является скачкообразное изменение их растворимости в металле при фазовых изменениях его и особенно при переходе из жидкого состояния в твердое. При охлаждении и кристаллизации сварочной ванны выделяющийся водород не успевает полностью удаляться из металла шва. Это приводит к образованию в нем газовых пор. Кроме того, атомы водорода, диффундируя в имеющиеся полости и несплошности в затвердевающем металле, приводят к повышению в них давления, развитию в, металле внутренних напряжений и образованию микротрещин. Снижение газонасыщения швов проводят за счет качественной защиты расплавленного металла при сварке очисткой и прокалкой свариваемого и сварочных материалов.

Реакции с серой и фосфором. Сера является вредной примесью в сталях. В сварочную ванну она попадает из основного металла, сварочной проволоки и иногда из покрытия электродов или флюса. В металле сера может находиться в виде соединений - сульфидов. Особо вреден сульфид железа FeS, хорошо растворимый в железе. Наличие в металле шва серы снижает его механические свойства и сильно повышает склонность к образованию трещин. Поэтому десульфурация, очистка металла от серы, имеет целью уменьшение общего содержания серы в шве и особенно FeS. Десульфурацию проводят введением в сварочную ванну элементов, имеющих большее сродство к сере, чем железо. Образующийся сульфид элемента должен плохо растворяться в металле и хорошо в шлаке. Таким элементом является марганец, обладающий большим сродством к сере. Сульфид марганца не растворяется в металле, имеет малую плотность и легко всплывает в шлак сварочной ванны.

Такого же эффекта достигают введением кальция по реакции

FeS + СаО = FeO + CaS.

Оксид кальция получают разложением в дуге мрамора СаСО3.

Реакции с фосфором. Фосфор также вредная примесь в сталях. Пути попадания его в шов те же самые, что и для серы. В металле фосфор находится в виде соединений - фосфидов железа с температурой плавления много ниже, чем у железа (1170°С).

Фосфор в металле шва располагается по границам зерен в виде легкоплавкой прослойки и приводит к сильной неоднородности металла, росту зерен и снижению пластичности, особенно при низких температурах, вызывая хладноломкость металла. Удаление фосфора проводят его окислением и последующим связыванием в прочное соединение, удаляемое в шлак.

Оборудование и материалы:

Средства индивидуальной защиты электросварщика

Источник питания сварочной дуги ВДМ - 1202С

Электрододержатель со сварочным кабелем.

Инструмент для подготовки металла под сварку и зачистки швов

Пластины из низкоуглеродистой стали 10 х 10 х 3 мм - 2 шт.

Электроды АНО - 21 - 3 мм

1. Подготовить рабочее место и проверить сварочную цепь.

2. Подготовить пластины из низкоуглеродистой стали 10 х 10 х 3 мм

- очистить пластину проволочной щеткой по металлу от ржавчины

3. Подобрать режим сварки на вспомогательной пластине для электродов диаметром 3 мм Iсв = 110 ± 10 А

4. Зафиксировать тавровое соединение - чтобы торец одной пластины примыкал под углом к основной поверхности другой пластины.

5.Выполнить две прихватки длинной 10 мм с обеих краев соединения на расстоянии 20 мм от края пластин, возбудив дугу электродом на основной пластине.

6. Отбить шлак и проконтролировать качество выполненной прихватки.

7. Наклонить изделие под углом 45є и выполнить сварку углового шва таврового соединения с обратной стороны прихваток. Возбудить дугу на основной горизонтальной пластине, отступив о края сборки на 5-10мм

Плавно переместить дугу к краю сборки и начать сварку

Вести электрод по не сваренным кромкам пластины

Закончить проход, заварив кратер шва, используя ранее приобретённые навыки.

8. Отбить шлак и зачистить шов щеткой не оставляя на пластине шлака и брызг металла.

9. Перевернуть пластину и выполнить сварку соединения со стороны прихваток

10. Закончить второй проход сварки шва.

11. Отбить шлак и зачистить шов щеткой не оставляя на пластине шлака и брызг металла.

12. Произвести контроль выполненной работы, обратить внимание на чешуйчатость и катет шва (при правильно выбранной скорости сварки и длины дуги, ширина шва должна быть на 2-3 мм больше диаметра электрода)

Сварочная металлургия отличается от других металлургических процессов высокими температурами термического цикла и малым временем существования сварочной ванны в жидком состоянии, т. е. в состоянии, доступном для металлургической обработки металла сварного шва. Кроме того, специфичны процессы кристаллизации сварочной ванны, начинающиеся от границы сплавления, и образования изменённого по своим свойствам металла зоны термического влияния.

Список литературы

1. Справочник электрогазосварщика и газорезчика: учебное пособие для нач. проф. образования/[Г.Г. Чернышев, Г.В. Полевой, А.П. Выборное и др.]; под ред. Г.Г. Чернышева. -- 4-е изд., стер. -- М.: Издательский центр «Академия», 2010. -- 234-237с.

Подобные документы

Металлургические процессы при сварке и основные методы подготовки кромок. Оборудование для установки и перемещения сварочного аппарата. Расчет сварных швов на прочность, нормы расхода присадочной проволоки, неплавящегося электрода и защитного газа.

курсовая работа [3,5 M], добавлен 05.02.2013

Характеристика материала и сварки стали 20Х12ВНМФ как разновидности жаропрочной высоколегированной стали. Виды сварки: ручная дуговая, под флюсом, электрошлаковая, в среде защитных газов. Схема переноса жидкого металла при электронно-лучевой сварке.

курсовая работа [99,6 K], добавлен 17.12.2014

Источники энергии для сварки, их классификация, виды и требования к ним. Особенности и этапы кристаллизации металла в сварочной ванне. Рафинирование металла при сварке плавлением, основные факторы, влияющие на скорость и эффективность данного процесса.

контрольная работа [203,2 K], добавлен 23.10.2014

Влияние пластических свойств металла на прочность при наличии сварочных напряжений. Угловые деформации при сварке таврового соединения, их определение от двухстороннего шва. Определение остаточного прогиба и продольного укорочения тавровой балки.

контрольная работа [1,9 M], добавлен 26.02.2010

Основы теории и технологии контактной точечной сварки. Процессы, протекающие при контактной точечной сварке: деформирования свариваемых деталей; формирования механических и электрических контактов, электрической проводимости зоны сварки; нагрева металла.

4.7 Металлургические процессы при сварке покрытыми электродами

Основными функциями покрытия являются: защита зоны сварки от соприкосновения с газами воздуха; раскисление металла сварочной ванны; легирование металла шва элементами, обеспечивающими технологическую и эксплуатационную прочность; стабилизация дугового разряда.

Защита зоны сварки может быть шлаковая, газовая и шлако-газовая. Современные электроды создаются на использовании шлако-газовой защиты.

Для осуществления достаточной защиты необходимо нанесение покрытия на электродный стержень в определенных количествах. Количество покрытия может быть оценено как толщиной слоя ∆

где D – диаметр электрода с покрытием; d_эл – диаметр электродного стержня, так и относительным весом покрытия

где G_n – вес покрытия; G_c – вес покрытой части электродного стержня.

Шлак, образующийся в результате расплавления электродного покрытия, должен иметь определенную вязкость и интервал отвердевания. Поэтому в число шлакообразующих компонентов должны входить такие, которые в нужной степени разжижают шлак и придают вязкостной характеристике требуемый вид. Это – флюсующие материалы или плавни. Все электродные покрытия делятся на четыре группы.

1.Рудно-кислые, т.е. покрытия, в которых в качестве шлаковой основы используются окислы железа, марганца, титана, кремния; газовая защита создается органическими составляющими , которые в процессе нагревания и плавления покрытия образуют газы по реакции:

Поэтому в атмосфере дуги наряду с СО находится значительное количество водорода. Общее количество газов, образующихся при распаде органических веществ, очень велико. Так, например, для покрытия, содержащего 12% органических веществ, количество газов на 1 см 3 электрода при температуре 1000 0 С и р =1 ата составляет 1300 см 3 .

Вблизи торца электрода при плавлении покрытия имеет место переход высших окислов в низшие

В соответствии с константой распределения L = (FeO)/[FeO], (числитель – концентрация закиси железа в шлаке; знаменатель – концентрация закиси железа в ванне) жидкий металл будет обогащаться кислородом.

В качестве раскислителей в покрытиях этой группы используется ферромарганец. Типичными представителями этой группы являются электроды марок ЦМ-7, ОММ-5. Содержание ферромарганца в покрытии достигает 30 %. Большая часть марганца окисляется и частично теряется за счет испарения. Незначительная часть марганца (10 – 15 %) переходит в наплавленный металл, легируя его.

Несмотря на высокое содержание марганца в покрытии, в металле шва концентрация кислорода находится на достаточно высоком уровне. Однако более полное раскисление, путем введения в состав покрытия более сильных раскислителей (например, Al, Si) неизбежно вызывает порообразование, так как при этом увеличивается растворимость водорода, которого в газовой фазе при сварке данными электродами находится значительное количество.

2.Фтористо-кальциевые, т.е. покрытия, созданные на основе карбоната кальция (мрамор) и плавикового шпата (CaF₂). Газовая защита создается вследствие диссоциации СаСО₃ (СаСО₃ → СаО + СО₂). В качестве раскислителей используются ферротитан, ферромарганец, ферросилиций. Типичными представителями этой группы являются электроды марки УОНИ-13.

Количество образующихся газов в покрытиях этой группы достаточно велико. Так, при сварке электродами с покрытием УОНИ-13 примерно 20 % от веса покрытия, т.е. около 7 % от веса электродного стержня, дают газовую фазу вследствие распада мрамора. В связи с этим газовая фаза имеет окислительный характер по отношению к жидкому металлу. Этому способствует также наличие в атмосфере дуги паров воды, попадающих из влаги покрытия, оставшейся после прокалки. Содержание (FeO) в шлаке электродов этой группы весьма незначительно и поэтому шлаки не оказывают существенного окисляющего действия. Основным окислителем является газовая фаза.

Благодаря наличию сильных раскислителей (титан, кремний, марганец, а в некоторых марках покрытий и алюминий), несмотря на окислительный характер газовой фазы, в наплавленном металле концентрация кислорода невелика (на уровне содержания его в электродной проволоке). Так как шлаки, образующиеся при плавлении электродов данной группы, имеют явно выраженный основной характер, то образующаяся при раскислении и вводимая в состав покрытия окись кремния SiO₂ легко связывается с СаО по реакции

Определенные соотношения между СаО и CaF₂ делают возможным получение подвижных шлаков с коротким температурным интервалом отвердевания, обеспечивающих энергичное протекание металлургических процессов и хорошее формирование шва. Вместе с этим хорошая раскисленность металла при высокой основности шлака и достаточно высокой концентрации марганца в сварочной ванне приводит к связыванию серы в сульфиды марганца и удалению ее в шлак. Это делает швы мало чувствительными к образованию горячих трещин.

Из-за высокой степени раскисленности растворимость водорода в ванне достаточно высока, что делает швы склонными к порообразованию при наличии ржавчины на кромках, а также при повышенной влажности покрытия. Тем не менее при соблюдении технологических рекомендаций электроды этой группы позволяют получить сварные соединения с наиболее высокими характеристиками технологической и эксплуатационной прочности.

3.Рутиловые, т.е. покрытия, выполненные на основе рутила (TiO₂) с добавками некоторых других шлакообразующих компонентов (например, полевого шпата, магнезита и др.). Газовая защита в покрытиях этой группы создается органическими веществами (целлюлоза, декстрин) и карбонатами. В качестве раскислителя обычно используется ферромарганец. Типичными представителями этой группы являются электроды марки ЦМ-9.

При сварке электродами этой группы в начальной стадии нагревания имеет место интенсивное газообразование как за счет распада органических веществ, так и вследствие диссоциации карбонатов (например, магнезита, по реакции (MgCO₃) = (MgO) +CO₂. В газовой фазе поэтому наряду с продуктами разложения органических составляющих содержатся СО₂, СО и О₂, Вследствие чего концентрация водорода в атмосфере дуги меньше, чем при сварке 1-й группы. Это позволяет увеличить степень раскисленности металла за счет увеличения содержания кремния без опасности вызвать порообразование.

Вместе с этим высокая кислотность шлаков приводит к образованию в металле шва дисперсных силикатных включений, увеличивающих суммарное содержание кислорода.

При использовании этих электродов в состав покрытия вводят железные порошки, что значительно повышает коэффициент наплавки. Электроды этой группы обладают высокой технологичностью присварке.

4.Органические, т.е. покрытия, построенные на органических газообразующих компонентах. В некоторые покрытия этой группы вводят определенное количество окислов железа, марганца и титана. В качестве раскислителей используются ферромарганец, ферросилиций. Типичными представителями этой группы являются электроды ОМА-2.

Органические газообразующие вещества при сварке дают большое количество газов (как и электроды первой группы), содержащих СО и Н₂. Во избежание насыщения сварочной ванны водородом и порообразования при сварке необходимо повышать степень окисленности сварочной ванны, что осуществляется введением в состав покрытия таких компонентов, как титановый концентрат (TiO₂*FeO), марганцевая руда (MnO₂) и др.Возможно также введение в состав покрытия фторсодержащих материалов, например, плавикового шпата, который при наличии SiO₂ и TiO₂ в зоне высоких температур приводит к образованию SiF₄ и TiF₄, связывающих водород в нерастворимое в металле соединение HF и тем самым ограничивающих растворение водорода в сварочной ванне.

Высокий процент газообразующих в составе покрытия, и, следовательно, обильная газовая защита позволяют ограничиться невысоким относительным весом покрытия при сравнительно небольшом количестве шлака, что делает электроды этой удобными для сварки в положениях, отличных от нижнего.

В основу классификации электродов для сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей положены следующие характеристики: механические свойства наплавленного металла, технологические свойства, вид покрытий, а также ряд общих требований для электродов различных типов.

В зависимости от механических свойств электроды для сварки углеродистых и конструкционных сталей (1-я группа) делятся на 15 типов. Тип электрода для сварки сталей 1-ой группы обозначаются буквой Э (электрод) с цифрой, показывающий гарантированный предел прочности наплавленного металла в кГ/мм 2 . Если в обозначении после цифр стоит также буква А, то это означает, что электроды данного типа обеспечивают повышенные пластические свойства наплавленного металла за счет снижения в нем отрицательного влияния серы и фосфора.

Электроды для сварки легированных теплоустойчивых сталей (2-я группа) делятся на семь типов по механическим свойствам и химическому составу наплавленного металла и обозначаются кроме буквы Э другими буквами, характеризующими состав наплавленного металла (Э-05Х2М).

Технологические свойства электрода определяются такими характеристиками: коэффициентом расплавления, наплавки и потерь, номинальным напряжением, родом тока, пригодностью для сварки в различных пространственных положениях.

Презентация "Основы металлургических процессов при сварке"

Металлургические процессы при сварке – это процессы взаимодействия жидкого металла с газами и шлаками, которые протекают во время плавления электрода, при переходе капли жидкого металла через дугу, а так же в самой сварочной ванне.
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ СВАРКИ

ОСОБЕННОСТИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ СВАРКЕ.
- высокая температура нагрева металла;
- малый объём расплавленного металла;
- активное взаимодействие расплавленного металла с окружающей средой и шлаками;
- быстротечность протекания процесса.

ЗАГРЯЗНЕНИЕ МЕТАЛЛА ШВА
Металл шва насыщается вредными веществами из окружающего воздуха, влаги, ржавчины, масел, минералов, которые входят в состав сварочных материалов, различных химических соединений, которые образуются во время взаимодействия расплавленного металла со сварочными материалами.

СПОСОБЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ
- просушиванием сварочных материалов для удаления влаги

СПОСОБЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ
Удалением ржавчины с поверхности свариваемых деталей:ручным,химическим и механическим способами

СПОСОБЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ
Удалением влажности с поверхности свариваемых деталей: ветошью или термическим способом.

СПОСОБЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

Удалением масла с поверхности свариваемых деталей;

- созданием газовой и шлаковой защиты дуги и свариваемого металла;

СПОСОБЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ
Раскислением - переводом оксида железа в нерастворимые соединения с последующим удалением в шлак через электродную проволоку, покрытия и флюсы.
Раскислителями являются марганец, кремний, титан, алюминий, углерод и другие элементы.

Рафинированием – удалением сульфидов, фосфидов, нитридов, водорода с помощью химических реакций и созданием новых химических соединений, которые не растворяются в железе, а переходят в шлак.

Для рафинирования применяют: ферросплавы — сплавы железа с другими элементами (Cr, Si, Mn, Ti и др.),

Кристаллизация металла шва

Кристаллизацией называют процесс образования кристаллов металла из расплава при переходе его из жидкого в твердое состояние.

Кристаллизация металла шва
Схема кристаллизации расплава в зависимости от формы сварочной ванны:
а - узкая сварочная ванна с глубоким проплавлением;
б - широкая сварочная ванна

СТРОЕНИЕ СВАРНОГО ШВА

1) основного металла;
2) наплавленного металла сварного шва;
3)зоны сплавления;
4)зоны термического влияния.

СТРОЕНИЕ СВАРНОГО ШВА

Зоны термического влияния

Участок неполного расплавления является переходным от зоны наплавленного металла шва к основному металлу, представляет собой область основного металла, нагретого несколько выше температуры плавления, и находится в твердожидком состоянии

Участок перегрева является областью сильно нагретого (1100-1500 °С) основного металла с крупнозернистым строением и пониженными механическими свойствами

Участок нормализации является областью основного металла, нагретого в пределах от 930 до 1100 °С.
Основной металл находится при таких температурах сравнительно недолго и в процессе перекристаллизации при охлаждении приобретает мелкозернистую структуру с высокими механическими свойствами, как правило, выше свойств основного металла в его исходном состоянии.

Зоны термического влияния
Участок неполной кристаллизации является областью основного металла нагретого до 720—850 °С.
Эта область характеризуется неполной перекристаллизацией, при которой вокруг крупных зерен феррита, не прошедших перекристаллизацию, находятся более мелкие зерна феррита и перлита, образовавшиеся в процессе перекристаллизации.

Зоны термического влияния
Участок рекристаллизации является областью основного металла, нагретого в пределах от 450 до 720 °С.
Этот участок наблюдается при сварке сталей, подвергавшихся пластической деформации (например, прокату), и характерен восстановлением формы и размеров разрушенных при деформации зерен металла.

Зоны термического влияния
Участок синеломкости располагается за участком рекристаллизации и лежит в интервале температур от 200 до 450°С.
На этом участке наблюдаются синие цвета побежалости, откуда и название.
Основной металл в этой зоне не имеет видимых структурных изменений, однако характеризуется снижением пластических свойств.

Образование трещин и газовых пор в металле шва
в зависимости от температур, при которых они образуются, трещины разделяют на две группы:
горячие (высокотемпературные);
холодные (низкотемпературные).

Образование трещин в металле шва
Горячие трещины представляют собой хрупкие межкристаллические разрушения металла шва и околошовной зоны, возникающие в процессе кристаллизации в твердожидком состоянии, а также при высоких температурах в твердом состоянии.

Образованию горячих трещин способствует содержание в металле шва примесей - серы, фосфора

Образование трещин в металле шва
Холодные трещины в структуре металла располагаются как по границам, так и по телу зерен. Поэтому они представляют собой внутрикристаллические разрушения.
Холодные трещины в сварных соединениях образуются при температурах 200 - 300°С.
Образуются в швах при сварке закаливающихся сталей.
На склонность металла к образованию холодных трещин оказывают влияние повышенное содержание углерода и элементов, облегчающих закалку, наличие в шве водорода, загрязнение фосфором, быстрое охлаждение и наличие в швах внутренних напряжений.

Образование газовых пор
в металле шва
Поры в сварных швах возникают при первичной кристаллизации металла сварочной ванны в результате выделения газов. Поры представляют собой полости в швах, заполненные газом, имеющие сферическую, вытянутую или более сложные формы. Поры могут располагаться по оси шва, его сечению или вблизи границы сплавления.
Поры при сварке в основном возникают за счет газов водорода, азота и оксида углерода, образующихся в результате химических реакций с выделением газовых продуктов, выделения газов в связи с разной растворимостью их в жидком и твердом металле, захватом газа из окружающей среды при кристаллизации сварочной ванны.

Читайте также: