Металлургические процессы при сварке

Несмотря на то, что физические и химические процессы сварки аналогичны процессам выплавки металла, они имеют определенные особенности:

1. Сварка характеризуется сверхмалыми массами расплавленного металла (десятки грамм) по сравнению с выплавкой (несколько тонн).

2. Сварка характеризуется значительно большей температурой нагрева, чем при выплавке металла [от 3 150°С до 20 ООО °С - при сварке и (2 600-2 800) °С при выплавке].

3. Сварка характеризуется большей V и меньшей температурой процесса (несколько минут при сварке и 4-8 часов при выплавке).

27.10.2011

В общем все отрицательные моменты сварки зависят от кратковременного процесса. Причем она влияет на металл двояко:

• отрицательное влияние - краткость процесса приводит в незавершенности химических реакций внутри расплава металла, это приводит к тому, что металл не успевает очиститься от различных включений оксидов и газов;

• положительное влияние - малое время приводит к быстрому охлаждению металла, что уменьшает его неоднородность, формирует мелкозернистую структуру и высокие механические свойства.

/V /j Окисление, раскисление и легирование шва

/1 Окисление

Кислород с железом образует 3 устойчивых оксида:

FeO Fe₂0₃ Fe₃0₄

J, Ф J,

легкий оксид тяжелые оксиды

Легкий оксид железа является самым опасным, так как способен растворяться в жидком металле сварочной ванны. Имея температуру плавления меньше, чем основной металл, он затвердевает в последнюю очередь, образуя прослойки между зернами металла. Ухудшается прочность, вязкость, коррозионная стойкость, металл быстрее стареет.

Тяжелые оксиды металла растворяются в сварочной ванне, но и не выходят на поверхность шва, оставаясь в нем в виде оксидных включений. Это увеличивает хрупкость металла и склонность к старению.

2. Раскисление - процесс восстановления железа из его оксида и перевод кислорода Ог в форму соединений, нерастворимых в жидком металле, с последующим удалением в шлак.

Раскислители - это химические элементы, обладающие большим сродством к кислороду, чем к железу:

• марганец (Мп);

• кремний (Si);

• алюминий (А1);

• титан (Ti);

• углерод (С).

Раскилители вводятся в сварочную ванну через покрытия электродов, сварочный или присадочный материал или флюс

2. Легирование - процесс придания металлу нужных нам свойств путем добавок в него различных химических элементов (соединений), веществ, которые обеспечат эти свойства.

Легирующие элементы вводятся через присадочный материал, электродную проволоку, покрытие электрода или флюс.

L6 2^0 2,5 3,0 4,0 5,0 6,0 8,0 10,0 12,0

для подварки чугун

Легирующие элементы должны иметь меньшее сродство к кислороду, чем к свариваемому металлу. Иначе они будут окислены и не выполнят своего предназначения.

Рафинирование (очистка) металлического шва

В металле всегда находиться 2 вредных примеси - фосфор (Р) и сера (S2).

Металл рафинируют с помощью:

• введения в металл различных веществ, способных вывести вредные примеси и газы из металла шва;

• окислительно-восстановительные реакции;

• с помощью замедленного охлаждения свариваемой детали.

1. участок - примыкает к сварному шву и включает в себя зону сплавления. На этом участке проходит граница между жидким и твердым металлом. Он нагревается до частичного оплавления зерен. Максимальная температура > 1500°С. Его ширина от 0,1 до 0,4мм. Отличается самой большой неоднородностью структуры металла, которая связана с диффузионными процессами - проникновением отдельных химических элементов из расплавленного металла в твердый и обратно. Здесь наблюдается рост зерен металла, и образуется структура металла с повышенной хрупкостью.

2. участок - характеризуется крупнозернистой структурой и пониженными механическими характеристиками (пластичностью и ударной вязкостью). Участок перегрева особенно опасен для сталей, склонных к образованию закалочных структур.

3. участок - на этом участке происходит перекристаллизация зерна. Зерна металла приобретают нормальные размеры. Здесь металл имеет хорошие механические свойства.

4. участок - состоит из крупных зерен, не прошедших перекристаллизацию, и мелких зерен - прошедших. Это объясняется недостатком теплоты.

5. участок - этот участок наблюдается только у сталей, которые подвергались холодной деформации до сварки (прокат, ковка, штамповка). Участок характеризуется ростом зерна и изменением структуры. Металл становится менее прочным.

6. участок - на этом участке протекают процессы старения металла в связи с выпадением карбидов и нитридов железа. Это приводит к снижению пластичности и вязкости металла. Металл становится более хрупким и быстрее стареет.

Для легированных сталей: