3. Металлургические процессы при дуговой сварке

3.1 Условия плавления металла и существования его в жидком виде

Сварка плавлением представляет собой комплекс металлургических и - физи химических процессов, протекающих в следующих характерных условиях:

1) при высокой температуре; 2) в небольшом объеме расплавленного металла; 3) в течение короткого времени; 4) при быстром отводе тепла ввиду наличия близлежащего холодного металла; 5) при участии двух разных металлов; б) при интенсивном воздействии окружающих газов и шлака.

Врезультате сосредоточенного воздействия тепла сварочной дуги плавится основной и электродный металл вместе с покрытием или флюсом. Расплавленный металл электрода переходит в виде капель различной величины к расплавленному участку -ос новного металла, смешивается с ним, образуя сварочную ванну.

Сварочные ванны различают двух типов:

1) сварочная ванна, образующаяся при естественном охлаждении и формировании шва;

2) сварочная ванна, образующаяся при использовании искусственного охлаждения и принудительного формирования шва.

Сварочная ванна первого типа для ручной и автоматической сварки под флюсом представляет собой следующее (рис.3.1).

При сварке под флюсом расплавленный шлак образует полость-пузырь, охватывающий зону сварки.

Стенки ванны образованы оплавленным основным металлом. Расплавленный металл

вванне в начальный период ее существования частично оттеснен к ее задней стенке, вследствие чего образуется кратер. По мере удаления источника тепла кратер заполняется жидким металлом.

Впроцессе сварки сварочная ванна перемещается в направлении сварки с определенной скоростью – Vсв, м/с.

Время, в течение которого сварочная ванна переместится вдоль шва на расстояние А, т.е. на длину ванны, называют временем существования ванны.

Это время при автоматической сварке стали толщинойt =5-30 мм колеблется в пределах 5-40 сек, при ручной сварке оно меньше.

30

а)

б)

Рис. 3.1. Сварочная ванна первого типа:

а – ручная дуговая сварка; б – сварка под флюсом; 1 – электрод; 2 – дуга; 3 – основной металл; 4 – направление сварки; 5 – жидкий металл;

6 – металл шва; 7 – шлаковая корка

Ванна расплавленного металла занимает малый объем. Длина ванны А при ручной сварке 20-30 мм, при автоматической – 80-120мм, ширина В, соответственно, 8-12 мм и

20-30 мм; глубина Н – 2-3 и 5-20 мм.

Температура расплавленного жидкого металла в сварочной ванне не везде одинакова: на периферийных участках она близка к температуре плавления, а на участках, находящихся под непосредственным воздействием дуги, значительно выше.

При автоматической сварке малоуглеродистой стали средняя температура ванны около 1800°С, максимальная температура переднего участка2300°, заднего участка

1530°С.

Сварочная ванна второго типа образуется при электрошлаковой сварке и при вертикальной дуговой сварке под флюсом с принудительным формированием шва (рис.3.2).

Такая ванна заключена между свариваемыми кромками основного металла и охлаждающими стенками формирующих внешних ползунов. Здесь верхняя часть ванны все время находится в жидком состоянии в процессе перемещения, что создает наиболее благоприятные условия для удаления из металла шлаковых включений и газов. Параметры ванны – глубина Н и ширина В.

Металл сварного шва претерпевает значительные температурные воздействия: нагрев, плавление, затвердевание и остывание. Нагреву и остыванию подвергается также и околошовная зона основного металла.

31

а)

б)

Рис. 3.2. Сварочная ванна второго типа:

а – автоматическая сварка под флюсом в вертикальном положении; б – электрошлаковая сварка; 1 – электрод; 2 – флюс; 3 – жидкий металл; 4 – охлаждающие формирующие ползуны;

5 – наплавленный металл (сварной шов); 6 – основной металл; 7 – жидкий шлак

Изменение температуры во время сварки в данной точке сварного шва или околошовной зоны называется термическим циклом.

Термический цикл зависит от принятого способа сварки и режима сварки. Путем регулировки времени нагрева и остывания и при правильном подборе режима сварки можно повлиять на формирование структуры шва и околошовной зоны, получая требуемое качество сварки.

Основные параметры режима, регулирующего термический цикл сварки, является

величина погонной энергии дуги q и начальная температура металла. С увеличением

vсв

первой или второй величины уменьшается скорость охлаждения, что благоприятно сказывается на структуре шва и околошовной зоны.

Врезультате соприкосновения металла ванны с твердым основным металлом происходит быстрый отвод тепла, металл шва кристаллизуется и застывает. В задней части ванны def происходит процесс кристаллизации. На характер кристаллизации расплавленного металла и структуру околошовной зоны влияет быстрота приложения и отвода тепла.

Всварочной ванне происходят следующие процессы на различных этапах ее существования:

32