Вопрос 31

Микроструктура металла шва.

Сварной шов образуется из электродного и основного металла. Свойства его в основном определяются химическим составом и структурой, получаемой при охлаждении в результате протекания определенных процессов в стали. Процесс затвердевания расплавленного металла шва ничем не отличается от процесса кристаллизации стали и наступает при охлаждении металла ниже 1500° С.

Образовавшиеся в процессе кристаллизации кристаллы твердого раствора имеют столбчатую форму и неоднородный химический состав.

При дальнейшем понижении температуры в связи с аллотропическим превращением железа кристаллы распадаются, образуя механическую смесь почти чистого альфа-железа (феррит) и карбида железа (цементит).

Это явление называют вторичной кристаллизацией, или перекристаллизацией, стали. Выделяемые в процессе перекристаллизации феррит и цементит образуют при температуре 720° С и ниже смесь, называемую перлитом и содержащую 0,83% углерода. Сталь с содержанием углерода менее 0,83% состоит из перлита и избыточного феррита, которого тем больше, чем меньше в стали углерода. Соответственно сталь с содержанием углерода более 0,83% состоит из перлита и избыточного цементита, количество которого увеличивается при повышении содержания углерода.

Следовательно, в низкоуглеродистой стали с содержанием углерода до 0,2% образуется структура, состоящая из зерен феррита и небольшого количества перлита.

Измельчение зерен в результате перекристаллизации оказывает благоприятное влияние на механические свойства стали. С повышением содержания углерода в структуре стали будет больше зерен перлита, а количество избыточного феррита соответственно уменьшится.

Избыточный феррит в стали может быть выделен в виде сетки по границам более или менее равноосных зерен перлита. Это наиболее часто встречаемая форма выделения феррита, придающая стали хорошие механические свойства. Иногда избыточная фаза (феррит или цементит) может выделиться внутри зерен полосами или прожилками, расположенными параллельно одна другой или под углом.

Такая структура соответствует перегретой стали и является нежелательной, так как понижаются механические свойства, в особенности ударная вязкость. Она встречается в литой стали или в стали, перегретой при отжиге. Подобные структуры наблюдаются и в сварных соединениях как в наплавленном металле, так и в околошовной зоне.

При дуговой сварке голым электродом металл шва очень быстро охлаждается и структура получается мелкозернистой с неясно выраженной столбчатостью. В структуре преобладает феррит, перлита очень мало, потому что углерод, как и другие легирующие элементы, интенсивно выгорает. В шве встречается много различных включений, так как при сварке расплавленный металл ничем не защищается от вредного действия окружающей среды. Механические свойства такого шва, естественно, низкие.

При сварке качественным электродом металл шва имеет более крупнозернистую столбчатую структуру, особенно резко выраженную у линии сплавления. В средней части шва благодаря замедленной скорости охлаждения образуются структуры с менее выраженной ориентировкой кристаллов и с более округлыми зернами феррита, и перлита (рис. 11). Надежная защита металла при сварке, а также легирование его через обмазку способствуют получению достаточно чистого, без включений, металла шва определенного химического состава с требуемыми свойствами.

В структуре наплавленного металла при автоматической сварке под слоем флюса размер зерен и столбчатость еще больше, чем в структуре металла, наплавленного качественным электродом.

Скорость охлаждения металла шва здесь наиболее замедленная.

В металле шва, как правило, отсутствуют шлаковые и неметаллические включения. Структура состоит из зерен перлита и феррита, соотношение которых зависит от химического состава металла шва.

Высокая чистота и большая однородность химического состава металла шва обеспечивают его высокие механические свойства.

Следовательно, структура металла шва, зависящая от способа сварки, условий ее проведения и состава металла, во многом определяет свойства шва, его качество.

ЗОНА ТЕРМ, ВЛИЯНИЯ.

Образование и строение зоны термического влияния

Теплота, выделяемая сварочным источником нагрева, распространяется на прилегающие ко шву участки основного металла. При нагреве и последующем остывании в этих участках изменяются структура и свойства металла. Участок основного металла, подвергающийся в процессе сварки нагреву до температуры, при которой происходят видимые или невидимые структурные изменения, называют зоной термического влияния (околошовной зоной). Наряду с тепловым воздействием основной металл околошовной зоны, как правило, претерпевает и пластическую деформацию.

Температура нагрева различных участков зоны термического влияния находится в пределах от точки плавления металла (у шва) до начальной температуры основного металла. Строение и размеры зоны термического влияния зависят от химического состава и теп-лофизических характеристик свариваемого материала, а также от термического цикла сварки.

Зона термического влияния является обязательным спутником шва при всех видах электрической сварки плавлением. Ширина ее изменяется в достаточно широких пределах в зависимости от способа и режима сварки, состава и толщины основного металла и ряда других факторов. Меньшая ширина зоны относится к условиям сварки, характеризуемым большим перепадом температур.

Под влиянием теплового и деформационного воздействия сварочного процесса может наблюдаться ухудшение свойств металла зоны термического влияния по сравнению со свойствами основного металла. Принятый технологический процесс сварки должен обеспечивать по возможности оптимальные условия формирования этой зоны и получение необходимого и достаточного качества металла на этом участке, от которого в значительной мере зависит работоспособность сварных конструкций. Как легко забеременеть, если не получается? Народный метод.