Строение и структурно-фазовые превращения в сварном соединении при сварке

Сущность процесса сварки. Классификация способов сварки

Сварка — процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого.

зависимости от вида энергии активации и по состоянию металла в зоне соединения все способы сварки можно разделить на две группы: сварка давлением и сварка плавлением (рисунок ниже). К сварке давлением относят способы, при которых применяют только механическую или тепловую и механическую энергию совместно. В последнем случае сварка может происходить с оплавлением металла или без его оплавления.

К сварке давлением без нагрева относится холодная сварка, сварка взрывом, магнитно-импульсная сварка. Для этих способов характерно высокое давление на детали в зоне соединения, в несколько раз превышающее предел текучести и даже предел прочности свариваемого металла при комнатной температуре, что обеспечивает совместное пластическое реформирование соединяемых поверхностей.

Сварка давлением с нагревом без оплавления происходит при высоких температурах, переводящих металл в пластическое состояние. Это снижает предел текучести металла и позволяет получить нужную для сварки деформацию при небольшом удельном осадочном давлении, в несколько раз меньшем предела текучести металла при комнатной температуре.

Сварка давлением с нагревом и оплавлением характеризуется высокой температурой нагрева зоны соединения, превышающей температуру плавления свариваемого металла. На поверхности соединяемых деталей тонкий слой металла оплавляется. Под действием прилагаемого давления жидкий металл при некоторых способах сварки может выдавливаться из зоны соединения, например при сварке трением, контактной стыковой, сварке оплавлением.

При сварке плавлением в зону соединения вводится только тепловая энергия. Металл в зоне сварки нагревается выше температуры его плавления. Здесь могут быть два способа: с плавлением основного металла и без плавления основного металла.

При газопламенной (газовой) сварке источник тепла — это пламя от сжигания горючего газа или пара в кислороде.

Качество сварного соединения зависит не только от химического состава металла шва, но и от характера структуры. Для ее изучения необходимо вначале проследить процесс кристаллизации наплавленного металла. В отличие от кристаллизации слитка кристаллизация сварочной ванны протекает в следующих характерных условиях: при незначительном объеме расплавленного металла; при быстром концентрированном нагреве металла сварочной дугой и быстром охлаждении вследствие интенсивного теплоотвода; при наличии подвижного температурного поля, создаваемого перемещением дуги. Вследствие этого средняя скорость кристаллизации равна скорости сварки. Процесс первичной кристаллизации начинается после расплавления и перемешивания основного и электродного металлов и прекращения действия дуги на сварочную ванну. Жидкий металл охлаждается, и в направлении, обратном отводу тепла, т. е. от стенок ванны к центру, начинается рост кристаллов.

Вначале центрами кристаллизации являются стенки ванны, на которых в виде острых шипов выступают части нерасплавленного основного металла. Вокруг этих центров происходят затвердевание жидкого металла и рост кристаллов, что обеспечивает прочную связь между основным и наплавленным металлами.

Так же как в слитке, кристаллизация носит периодический волнообразный характер, т. е. металл застывает не сразу, а отдельными волнами, слоями, что можно проследить на разрезе сварного шва. Периодическим характером кристаллизации, а также волнообразным поступлением расплавленного металла в шов (вследствие давления потока газов, электронов и капель расплавленного металла) объясняется мелкочешуйчатость поверхности сварного шва. С охлаждением наплавленный металл претерпевает структурные фазовые изменения и приобретает окончательную вторичную структуру. При исследовании макроструктуры, т. е. структуры, выявляемой невооруженным глазом или при небольшом увеличении через лупу, определяют характер кристаллизации, контуры провара, зону термического влияния, ликвацию, неоднородность структуры металла и дефекты сварки. При исследовании микроструктуры сварных швов стали с повышенным содержанием углерода (среднеуглеродистой) можно наблюдать увеличение количества перлита и рост зерна, связанный с увеличением содержания в стали углерода. Эта сталь чувствительна к перегреву и закалке, в ней встречаются участки перегрева с крупными кристаллами, иногда расположенными под углом 60—90 ° друг к другу (видманштеттова структура). Перегретая сталь отличается низкими механическими свойствами; при перегреве особенно снижаются ее пластичность и вязкость. Поэтому при сварке стремятся не допускать перегрева стали или исправляют его последующей термической обработкой.

Зона термического влияния в свою очередь разделяется на несколько участков, из которых основными являются: участок 1, который подвергался воздействию температур от 720 до 900°С; этот участок характеризуется неполной перекристаллизацией стали, т. е. частичным образованием новых мелких зерен феррита; участок 2, находившийся под воздействием температур от 900 до 1100°С; он характеризуется мелким строением зерна, т. е. более полной перекристаллизацией, имеет повышенные по сравнению с основным металлом механические свойства;

Между зоной термического влияния и наплавленным металлом существует участок сплавления незначительной ширины (0,1 — 0,4 мм), а между участком 1 и основным металлом находятся места, подвергающиеся воздействию более низких (ниже 720°С) температур, что может привести к явлению старения.

Дата добавления: 2015-04-24