В ывод: Виды сварных соединений и швов учитываются при выборе вида сварки. Третий учебный вопрос. Строение металла в зоне сварки

Химический состав металла шва определяется химическим составом свариваемого металла, присадочного материала (если он присутствует) и физико-химическими процессами, протекающими в сварочной ванне.

В условиях высокой температуры источника нагрева и металла сварочной ванны происходит диссоциация молекул газов − кислорода O₂, азота N₂, водорода H₂, углекислого газа CO_2, которые становятся активными, и реагируют с металлом.

Так, при сварке сталей кислород, взаимодействуя с железом, образует оксиды FeO, Fe₃O₄, Fe₂O₃. Наиболее опасным для качества шва является оксид FeO, способный растворяться в жидком металле. После остывания шва FeO остаётся в нём в виде выделений по границам зёрен, что сильно снижает пластичность шва. Чем больше кислорода в шве находится в виде FeO, тем хуже его механический свойства. Кроме железа окисляются и другие легирующие элементы стали. Поэтому одним из условий получения качественного металла шва является предупреждение его окисления путём создания различных защитных сред. Однако применяемые меры не всегда защищают от окисления расплавленного металла. В этом случае металл шва требуется раскислить. Раскисление - процесс восстановления железа из оксида FeO и перевод кислорода в шлак. В качестве раскислителей применяют кремний Si, марганец Mn, титан Ti, алюминий Al. Раскислители вводят в сварочную ванну, в покрытия электродов, в флюсы.

Азот воздуха, находясь в атомарном состоянии, растворяется в жидком металле. В процессе охлаждения азот взаимодействует с железом, образуя нитриды − Fe₂N, Fe₄N. Содержание азота в металле шва вредно влияет не его механические свойства, особенно пластичность. Кроме того, способствует образованию газовых пор.

Водород в зону сварки попадает из влаги электрода или флюса, ржавчины на поверхности сварочной проволоки и детали, из воздуха. Атомарный водород хорошо растворяется в жидком металле. При кристаллизации сварочной ванны растворимость водорода резко уменьшается. Выделившийся водород не успевает полностью удалиться из металла шва. Это приводит к образованию газовых пор. Кроме того, атомы водорода приводят к повышению в металле внутренних напряжений и образованию микротрещин.

С труктура металла шва. При сварке плавлением под действием тепла на свариваемом металле образуется ванна жидкого металла  сварочная ванна, сплав основного и присадочного металлов. По мере передвижения источника тепла, а также вследствие отвода тепла из ванны в массу свариваемого металла и теплообмена с окружающей средой температура металла сварочной ванны понижается, и в ней начинается процесс кристаллизации. Центрами кристаллизации являются нерасплавившиеся кристаллы основного металла на границе сварочной ванны. Кристаллы растут от стенок основного металла к центру шва.

При сварке стали первичная структура в сварном шве имеет форму столбчатых кристаллов (рис.6). При повторном нагреве шва до температур примерно 900…950 С и быстром охлаждении столбчатая структура превращается в мелкозернистую. Поэтому при многослойной электродуговой сварке структура первых и последующих слоев мелкозернистая и равноосная, а последнего слоя  столбчатая, с пониженными механическими свойствами.

Структура зоны термического влияния. Часть основного металла, которая прилегает к металлу сварного шва, называется зоной термического влияния. При сварке она нагревается до высоких температур и, потом охлаждается. Отдельные участки нагреваются до разных температур и поэтому имеют различную структуру.

В зоне термического влияния различают следующие структурные участки:

1  узкая полоска зоны сплавления основного металла, нагретая до температуры плавления, с расплавленным присадочным металлом. Этот участок имеет крупнокристаллическое строение и значительные линейные размеры;

2  зона перегрева. Температура нагрева металла составляет 1100…1500 С. Зона характеризуется крупнокристаллической структурой с пониженными механическими свойствами;

3  зона нормализации. Металл в ней нагревается примерно до 900…1100 С и имеет мелкокристаллическое строение и повышенные механические свойства;

4  зона неполной перекристаллизации. Для стали это соответствует нагреву до температур 727…911 С. В этом интервале происходит только частичная перекристаллизация основного металла, наряду с более крупными зернами, не прошедшими перекристаллизацию, образуются новые, более мелкие зерна, прошедшие ее. Механические свойства металла, имеющего такую структуру, несколько понижены;

5  (450…727 С)  зона рекристаллизации. В этом интервале температур укрупняются раздробленные зерна, образовавшиеся под действием предварительной пластической деформации;

6  зона синеломкости. Здесь металл нагревается до температуры 200…450 С и по своей структуре не отличается от основного металла, но по сравнению с ним имеет более низкие пластические свойства.

Строение зоны термического влияния зависит от способов и режимов сварки и от вида свариваемого материала. При дуговой сварке малоуглеродистых сталей зона не превышает 6…10 мм, при газовой сварке ее линейные размеры увеличиваются до 25…28 мм. Если сваривают малоуглеродистые стали, то структурные изменения в зоне термического влияния почти не оказывают действия на механические свойства сварных соединений. При сварке сталей, имеющих повышенное содержание углерода или легирующих примесей, в зоне влияния образуются закалочные структуры, а иногда и закалочные трещины. Поэтому, чтобы иметь оптимальные свойства зоны термического влияния таких сталей, строго соблюдают заданный режим сварки, а иногда применяют предварительный подогрев или последующую термическую обработку. Последняя устраняет закалочные структуры. Благодаря этому пластические свойства сварных соединений значительно улучшаются.

Общая ширина зоны термического влияния зависит от вида, способа, режима сварки и от свойств свариваемого материала.

Вид сварки	Ширина зоны термического влияния, мм
Ручная дуговая электродами с тонким покрытием	2 − 3
Ручная дуговая электродами с толстым покрытием	4 − 10
В защитных газах	1 – 3
Под флюсом	2 - 3
Электрошлаковая	11 - 14
Газовая*	20 - 30

* При этом виде сварки ширина зоны термического влияния велика вследствие большой зоны разогрева основного металла.

В ывод: В данной теме рассмотрены основы технологических процессов сварки, которые применяют в промышленности, а выбор вида и режимов сварки ведут с учетом марки металла и размеров детали.

Заключение.

Таким образом, в лекции изучены общие вопросы сварочного производства.