Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ТКМ - Исхаков АР.doc
Скачиваний:
361
Добавлен:
09.03.2016
Размер:
3.52 Mб
Скачать

9.5. Свариваемость металла

Свариваемостью металла называют совокупность его технологических свойств, определяющих его способность обеспечить при принятом технологическом процессе экономичное, надежное в эксплуатации сварное соединение. Соединение считают высококачественным или равнопрочным, если его механические свойства близки к механическим свойствам основного металла и в нем отсутствуют поры, шлаковые включения, раковины. Кроме того, в некоторых случаях соединение должно иметь химические и физические свойства такие же, как свойства основного металла. Рассмотренные выше способы сварки в большинстве своем связаны с нагреванием заготовок. Температура, при которой производится сварка тем или иным способом, различна; различны и источники нагрева по своей интенсивности или удельной мощности (Вт/м2). Максимальной удельной мощностью обладает лазерный луч, далее в порядке ее убывания идут электронный луч, электрическая дуга, газовое пламя, электроконтактный нагрев.

В процессе нагревания, который в зависимости от плотности мощности источника происходит со скоростью от 200÷300 до 5000÷100000С/с (лазерное воздействие), происходит нагревание, расплавление и даже испарение металла в зоне действия источника, а также подогрев металла, прилегающего к месту соединения в зоне термического влияния. Одновременно протекают фазовые изменения, диффузионные процессы, приводящие к перераспределению примесей, перемещение границ зерен, рост зерен. Формируется сварочная ванна.

После окончания непосредственного действия источника энергии начинается затвердевание сварного шва и затем его остывание. Характер структуры, образующейся в шве и зоне термического влияния, зависит от скорости изменения температуры. Скорость остывания определяет время нахождения металла при тех или иных температурах, а значит и законченность высокотемпературных процессов, оказывающих определяющее влияние на возможность получения бездефектного соединения и его эксплуатационные свойства.

Свариваемость – это сложная характеристика, зависящая не только от свойств, свариваемого металла, но и от технологического процесса, режима сварки, свойств, применяемых сварочных материалов. Поэтому следует применять несколько видов испытаний на свариваемость для определения различных характеристик. Число и вид испытаний обусловлены свойствами материала, назначением конструкции и условиями ее работы. Чаще всего признак плохой свариваемости – наличие в сварном соединении отдельных дефектов. Дефектом является существенная разница свойств основного металла 3 (рис. 45, a), сварного шва 1 и зоны термического влияния 2. При сварке заготовок из углеродистых и легированных сталей твердость зоны термического влияния возрастает, в то время как пластические свойства значительно снижаются, что повышает хрупкость.

Рис. 45. Дефекты сварных соединений

а– неоднородность твердости;б– горячие трещины;в– холодные трещины.

Горячие трещины в сварных соединениях, как и в отливках, образуются в результате усадочных явлений, протекающих в металле шва при остывании, чаще в интервале температур кристаллизации, когда металл шва находится в твердожидком состоянии. Это состояние металла характеризуется весьма малыми пластичностью и прочностью. Размеры сварного шва при остывании стремятся уменьшиться на величину, равную усадке (для стали, примерно, 2%). Однако вследствие возникшей связи с основным холодным металлом возможность его усадки практически исключается. Появляются собственные напряжения растяжения в шве и напряжения сжатия в основном металле. Горячие трещины могут образовываться в том случае, если усадка шва не соответствует его пластичности, то есть наступает разрушение. Горячие трещины, как правило, имеют межкристаллитный характер и располагаются по границам зерен в шве (рис. 45. б). Чаще всего горячие трещины образуются при сварке заготовок из высоколегированных сталей, алюминиевых и медных сплавов.

Холодные трещины чаще всего возникают после полного затвердевания сварного шва в период завершения охлаждения или появляются в металле, уже охлажденном до окружающей температуры. Холодные трещины появляются как следствие возникновения собственных напряжений в результате усадки, а также структурных превращений в зоне термического влияния. Существенное влияние на вероятность возникновения холодных трещин оказывают газы, растворившиеся в нагретом металле, в частности, водород; скапливаясь во время остывания в дефектах кристаллической структуры, они способствуют усилению напряженного состояния.

Наиболее часто холодные трещины располагаются в основном металле в непосредственной близости к сварному шву (рис. 45, в). Этот дефект характерен для заготовок из высокоуглеродистых и легированных сталей, образующих закалочные структуры в околошовной зоне. Склонность металла к образованию горячих или холодных трещин определяют либо на специальных машинах, либо при сварке специально разработанных жестких проб. Появление этих дефектов предотвращают специальными приемами, предварительным подогревом, последующей термической обработкой.

Поры в сварных швах также являются дефектами. Порами называют заполненные газами полости. Основной причиной возникновения пор при сварке является выделение водорода, азота и окиси углерода, которые очень интенсивно растворяются в жидком металле шва. При кристаллизации и охлаждении шва растворимость газов резко уменьшается и если их выделение происходит в период затвердевания, пузырьки газа не всегда успевают всплыть и остаются в металле в виде пор. Для уменьшения вероятности образования пор в сварных швах особенно тщательно очищают свариваемые кромки от загрязнителей, ржавчины, следов масел, используют сварочные материалы с минимальным количеством влаги, а также улучшают защиту металла шва от контакта с окружающей средой. Кроме того, применяют режимы сварки и специальные способы, замедляющие кристаллизацию сварочной ванны.

При сварке заготовок из недостаточно чистого металла в сварочном шве могут образовываться: оксидные неметаллические включения (FeO, SiО2, MnO), которые снижают ударную вязкость и хладостойкость сталей; сульфидные включения (FeS), которые образуются при содержании серы около 0,04% ,а также фосфоросодержащие включения, существенно способствующие образованию горячих трещин. В табл. 4.1 отражены особенности некоторых способов сварки заготовок из наиболее распространенных материалов.

Большинство из перечисленных дефектов является результатом несоблюдения или нарушения режимов процесса. Поэтому современные сварочные установки часто оснащают системами двух типов:

1) системами, выдерживающими заданный режим сварки или направление движения автомата с использованием следящей системы с обратной связью, получаемой непосредственно в процессе сварки;

2) системами ЧПУ.

Системы первого типа предпочтительней, так как они могут отрабатывать режимы с учетом непредвиденных возмущений. Однако сложность получения информации в высокотемпературных участках сварного шва или сварочной ванны ограничивает их распространение.