Тепловые процессы при сварке

Энергия теплового источника (электрической дуги, газового пламени и т. д.) расходуется на нагрев металла детали, на расплавление электрода или присадочного материала,
на плавление защитного флюса (обмазки электрода) и на неизбежные тепловые потери. Распределение температуры в свариваемом металле зависит от мощности теплоисточника, физических свойств металла (теплоемкость, температура плавления и др.), размеров конструкции, скорости перемещения электрода и т. д.

На рис. 2.4 показаны изотермы — овальные кривые, сгущающиеся впереди движущегося при сварке источника тепла (электрической дуги, пламени горелки…). Изотерма 1600° С — это температура плавления стали, она определяет ориентировочный размер сварочной ванны. Изотерма 1000° С указывает на зону перегрева металла, изотерма 800° С показывает зону закалочных явлений, а 500° С — зону отпуска.

Из-за нижеуказанных особенностей сварочной ванны могут быть следующие дефекты при сварке:

— малый объем и кратковременность существования ванны приводят к тому, что плохо перемешивается металл, возможны поры (не успевают выделиться газы) и шлаковые включения в сварном шве;

— значительная поверхность контакта расплавленного металла с атмосферой приводит к выгоранию «полезных» кремния и магния и к образованию окислов железа (наличие кислорода в стали приводит к снижению ее прочности,
пластичности и коррозийной стойкости и сообщает стали красноломкость) и к насыщению сварного шва азотом (увеличивается хрупкость).

Сварной шов образуется за счет расплавления металла электрода и частично основного металла (рис. 2.5). В зоне сплавления кристаллизуются зерна, принадлежащие как основному, так и присадочному металлу. В зоне термического влияния из-за быстрого нагрева и охлаждения металла происходят структурные изменения металла.

Свойства сварного соединения во многом определяются особенностями сварочной ванны и характером тепловых воздействий на металл в околошовных зонах. Следовательно, может быть прочный, пластичный сварной шов, но из-за термических воздействий на деталь качество сварки
в целом будет низкое (рис 2.6).

Величина зоны термического влияния составляет при ручной электродуговой сварке для обычного электрода 2–2,5 мм, а для электродов с повышенной толщиной обмазки — 4–10 мм. При газовой сварке зона термического влияния существенно возрастает (до 20–25 мм).

В зоне термического влияния могут быть участки:

— старения (200–300° С);

— отпуска (250–650° С);

— неполной перекристаллизации (700–870° С);

— нормализации (840–1000° С);

— перегрева (1000–1250° С);

— околошовный участок, примыкающий к линии сплавления (от 1250° С до 1600° С).

При сварке возможны два предельных случая:

— резкая закалка при быстром охлаждении околошовного участка;

— перегрев при медленном охлаждении и образование крупных зерен аустенита.

Дата добавления: 2014-12-16