3. 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. Оценка энергетической эффективности процессов сварки и наплавки.

При выборе источника энергии для сварки конкретных изделий следует учитывать техническую возможность применения данного источника, эффективность процесса (энергетическую и экономическую), а также качество и надёжность получаемых соединений.

Концентрация энергии термических источников оценивается удельной мощностью в пятне нагрева. Наибольшую удельную мощность – до 10⁸ Вт/мм² и выше при пятне нагрева до 10^-6 мм² – имеют лазерный и электронный лучи.

Однако сварка возможна только до плотности мощности 10²-10⁴ Вт/мм², т.к. большие удельные мощности приводят к выплескам и испарению материала, полезному лишь при резке и размерной обработке. Удельная мощность луча q₂ и др. энергетические показатели, такие как погонная энергия q/V, различные к.п.д., коэффициенты наплавки, расплавления и др., пригодны лишь для оценки только отдельных видов источников энергии или методов сварки.

Для оценки эффективности разных классов сварочных процессов и разных методов сварки и пайки следует использовать величины удельной энергии , необходимой при сварке данного соединения.

Сравнение критериев для однопроходной сварки стали, показало, что с уменьшением интенсивности источника возрастает от 3-5 Дж/мм² для лазерной сварки до 200-400 Дж/мм² для газового пламени. В то же время общие затраты энергии , в которых учитывается вакуумирование для ЭЛС и КПД лазера ( 0,1 %), в сотни и тысячи раз выше для этих источников, чем для свободной дуги в аргоне или для газового пламени.

Расчет значений для разных методов сварки плавлением показывает, что с увеличением толщины изделия удельная сварочная энергия резко растет при использовании многопроходной сварки. Аргонодуговая сварка листов толщиной 15 мм требует на все проходы общих затрат до 1000 Дж/мм². ЭЛС, благодаря кинжальному проплавлению и однопроходной сварке, позволяет соединить встык листы одной и той же удельной энергии 20-50 Дж/мм².

Важной характеристикой сварочных источников тепла является их технологическая гибкость и маневренность.