Формирование металла шва

Под действием тепла дуги свариваемый металл в зоне, ограниченной изотермической поверхностью Т = Т_пл, проплавляется, образуя сварочную ванну. Поток газов, нагретый в дуговом промежутке до высокой температуры, быстро расширяется и давит на поверхность жидкой ванны, оттесняя расплавленный металл из-под основания столба дуги, образуя кратер. В расплавляемый основной металл непрерывно поступают капли электродного металла. Так как источник тепла непрерывно перемещается вдоль свариваемых кромок, то при сварке образуется подвижная сварочная ванна. В головной части сварочной ванны количество подводимого от дуги тепла превышает количество тепла, отводимого холодным металлом, вследствие чего в этой части протекает процесс плавления (участок 1-2-3 на рисунке). В тыльной части теплоотвод превышает подвод тепла, вследствие чего здесь протекает процесс кристаллизации.

Поперечное сечение переплавленного дугой металла условно делят на площадь наплавки F_нм и площадь провара основного металла F_пр. В зависимости от режима сварки соотношение между этими площадями может быть различным. Очертание зоны проплавления основного металла характеризуется следующими показателями:

1) Относительной глубиной провара h/b или величиной обратной ей – коэффициентом формы провара ψ_пр = b/h

2) Коэффициент полноты провара μ_пр = F_пр/bh

При автоматической сварке под флюсом ψ_пр= 0.5-5.0.

Отношение длины сварочной ванны к ширине называют коэффициентом формы ванны. Условия кристаллизации сварочной ванны изменяются с изменением формы ванны.

Процессы, протекающие в жидкой ванне, а также характер кристаллизации сварочной ванны зависят от длительности пребывания металла в жидком состоянии. Длительность пребывания металла по оси шва в расплавленном состоянии связана с длиной сварочной ванны. В сварочной ванне можно различить три зоны:

1. Зона максимальной температуры – это зона, куда поступают капли расплавленного

металла. Ее температура определяется температурой капель (2300-2500°С). Состав металла здесь близок к составу электродного металла.

1. Промежуточная зона со значительной температурой перегрева.
2. Зона температур, близких к температуре плавления (хвостовая часть ванны).

Во 2-ой и 3-ей областях происходит смешивание наплавленного металла и расплавленного основного.

Для сварки характерно получение кристаллического строения в результате превращения жидкого металла в твердый. Поэтому кристаллизацией называют процесс формирования структуры при затвердевании жидкого металла. Расплавленный металл при сварке кристаллизуется в несколько иных условиях, чем в изложнице (форме). Основными особенностями при этом являются:

1. Наличие в ванне значительного градиента температур, большой перегрев металла в центральных частях ванны. Наличие большого градиента исключает появление центров кристаллизации в средней части ванны и кристаллы растут только от периферии – от границы сплавления ванны с нерасплавленным, твердым металлом, контактирующим с ней.
2. Осуществление кристаллизации металла в сварочной ванне в условиях, когда в эту же ванну вводится тепло сварочным источником, фронт кристаллизации связан с перемещением сварочного источника тепла. Ввод тепла в ту же по периферии которой происходит кристаллизация, принципиально меняет закономерность изменения скорости роста кристаллов от границы сплавления к центру ванны (шва) в сравнении со слитком.
3. Малый объем ванны, непродолжительность существования металла в расплавленном состоянии. Кристаллизация металла происходит с большими средними скоростями роста кристаллов. Средняя скорость роста кристалла составляет 0.1-0.4 см/сек в зависимости от режима.
4. Наличие в ванне ограниченного количества центров кристаллизации в виде зерен основного металла на границе сплавления. Центрами кристаллизации являются подплавленные зерна основного металла на границе сплавления. На таком зернекак на подкладке начинают расти кристаллы по мере снижения температуры в прилегающей к ним жидкости.
5. Наличие в сварочной ванне значительного перемешивания металла.
6. Неоднородность состава жидкого металла в различных участках сварочной ванны в связи с различным составом основного и наплавленного металлов.

Контакт твердого и жидкого металлов даже одинакового состава может привести к перемещению элементов из одной фазы в другую. Так как все ликвирующие элементы лучше растворяются в жидком металле, чем в твердом, то на границе раздела фаз, стремясь к равновесному распределению, они будут перемещаться из твердого металла в жидкий. При этом концентрация такого элемента в твердом металле у границы раздела с жидкостью понизится, и в эту область начнется диффузия данного элемента из соседних объемов твердого металла. Дальнейший переход его в жидкость будет определяться подводом элемента из глубинных слоев твердого металла к границе раздела фаз и отводом его в слои жидкости. Удаленные от поверхности твердой фазы. Схема перераспределения ликвирующей примеси после контакта твердой и жидкой фаз представлена ниже.

Свариваемость – способность стали образовывать при сварке качественное сварное соединение без холодных трещин. Основным параметром оценки является эквивалент углерода (С_экв) и параметр трещинообразования (Р_см). Для определения эквивалента углерода в мировой практике используют уравнения:

С_экв = С +Mn/6 + Cr/5 + Mo/4 + V/14 + Ni/15+ Cu/15 + Nb/4 + Ti/4 + P/2+ 5×B

При С_экв > 0.45 сталь трудно сваривается

С_экв < 0,25 сталь не склонна к образованию холодных трещин.

Параметр Р_см определяется по параметрическому уравнению Ито-Бессио

Р_см= С + Si/30 + Mn/20 + Cr/20 + Cu/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/15 + 5×B

Наиболее распространенным способом предотвращения образования холодных трещин при сварке является подогрев свариваемых кромок.

Дата добавления: 2014-01-11