3. Особенности кристаллизации сварного шва.
Сварочная ванна условно разделяется на две части: переднюю, где происходит плавление и хвостовую, в которой происходит кристаллизация.
Объем жидкого металла колеблется для различных условий сварки от 0,0005 см3 (лазерная сварка) до 200 см3 (электрошлаковая сварка).
Особенности кристаллизации:
1. Происходят непрерывные процессы плавления, течения жидкого металла и его кристаллизация.
2. Градиенты температуры, перпендикулярные фронту кристаллизации применяются в больших пределах для различных участков фронта.
3. Несмотря на то, что средняя скорость кристаллизации равна скорости сварки, скорости кристаллизации на отдельных участках фронта кристаллизации существенно различны.
4. Скорости кристаллизации изменяются во времени в зависимости от гидродинамики потока жидкого металла сварочной ванны и условий отвода выделяющейся теплоты кристаллизации. Периоды ускоренного роста сменяются периодами замедления и даже остановок роста кристаллов вследствие выделившейся теплоты кристаллизации.
Кристаллит – кристалл неправильной формы (зерно).
.Первичные структуры сварного шва и факторы, влияющие на нее
Для первичной структуры сварного шва характерны дендриты, объединенные в столбчатые кристаллы, рост которых начинается от готовых центров кристаллизации, представляющих собой оплавленные зерна основного металла на границе раздела фаз.
1 – проекции столбчатых кристаллов
2 – зона стыковых столбчатых кристаллитов (одно из самых слабых мест сварного шва).
3 – кристаллиты основного металла
4 – граница кристаллизационных слоев
Каждый столбчатый кристалл состоит из нескольких дендритов.
Факторы, влияющие на формирование первичной структуры сварного шва.
1.Структура исходного состояния основного металла (зерна основного металла являются центрами кристаллизации, а выросшие на их основе кристаллы шва сохраняют направления кристаллографических осей зерен основного металла).
2.Направление
тепловых потоков ≡ направления
.
Кристаллы стремятся расти в направлении теплового потока (в
направлении уменьшения ). Оси растущих кристаллов перпендикулярны изотермической поверхности кристаллизации.
3.Длительность пребывания сварочной ванны при высокой температуре (чем выше длительность пребывания, тем больше размеры кристаллитов).
При кристаллизации имеют место две тенденции:
- с одной стороны кристаллы стремятся расти перпендикулярно изотермической поверхности кристаллизации, с другой стороны
- условие перпендикулярности нарушается, так как кристаллы стремятся сохранить ориентировку кристаллов основного металла, которые для них были центрами кристаллизации.
4. Виды вводимой энергии и физически процессы
для различных классов сварки.1. По виду энергии:
В основу классификации существующих видов и способов сварки могут быть положены вид энергии, используемой при выполнении сварки, и состояние металла в сварочной зоне в момент сварки.
Механическая энергия, используемая при холодной сварке пластичных металлов, вызывает такую деформацию металла в зоне сваривания, при которой образуется сварное соединение.
Химические способы сварки характеризуются нагревом метла посредством превращения химической энергии в тепловую, которая доводит металл до расплавленного состояния и для выполнения сварки не нужно прилагать механических усилий (термитная, газовая сварка).
Электрические способы сварки основаны на превращении электрической энергии в тепловую. Это превращение осуществляется весьма разнообразно: при использовании дуги, выделение тепла при протекании тока через шлаки, посредством превращения в тепло кинетической энергии пучка электронов, индуктированием тока различных частот и т. д.
Электромеханические способы сварки основаны на нагреве металла путем превращения электрической энергии в тепловую, с последующим сдавливанием нагретого металла. Характерный пример – электрическая контактная сварка.
Химико-механические способы сварки известны давно. Путем превращения химической энергии в тепловую металл нагревается и затем сдавливается. Пример: кузнечно-горновая, газопрессовая и др.