Некоторые примеры диффузионных процессов при сварке

1. Одним из важнейших результатов диффузионных процессов при сварке является рост зерна металла в шве и в зоне термического влияния при длительном нагреве выше температуры Асз.

Процесс этот объясняется самодиффузией атомов металла и происходит следующим образом. Мелкие кристаллы обладают большей величиной поверхностной энергии на единицу массы металла, чем крупные: большим количеством блуждающих, дислоцированных атомов.

При низких температурах указанная тенденция не может проявляться заметным образом, поскольку количество блуждающих, дислоцированных атомов очень мало.

С повышением температуры количество активных атомов растет, причем в мелких кристаллах их будет больше, чем в крупных, так как мелкие зерна обладают большим запасом энергии. При этом создаются диффузионные потоки атомов от меньших кристаллов к более крупным. Разница в размерах кристаллов увеличивается, что в свою очередь ускоряет процесс до тех пор, пока мелкие кристаллы не будут полностью поглощены крупными. Процессы роста зерен ускоряются за счет большей разницы исходных величин отдельных зерен, при повышении температуры нагрева, наличии в металле предварительной холодной деформации, а также вследствие некоторых других причин.

2. В практике изготовления сварных конструкций широко применяют отпуск для снятия собственных напряжений. Эта технологическая операция также основана на процессах самодиффузии. Известно, что собственные напряжения всегда связаны с искажением кристаллической решетки металла. Устраняется оно при наличии подвижных дислоцированных атомов, занимающих дефектные места в решетке и восстанавливающих идеальную кристаллографическую структуру. Постепенное снятие собственных напряжений (релаксация) происходит и при нормальной температуре, однако идет оно очень медленно и тянется годами. Нагрев конструкции до 500— 550 °С при высоком отпуске активизирует процессы диффузии и позволяет снимать напряжения за несколько часов.

3. В некоторых случаях диффузионные процессы при сварке приводят к нежелательным последствиям. Так, при сварке двухслойной стали (Ст.3 + 1Х18Н9Т), несмотря на все меры предосторожности, некоторая часть углерода диффундирует из сравнительно высокоуглеродистого основного металла (Ст.3) в низкоуглеродистый нержавеющий слой и антикоррозионные свойства нержавеющего слоя снижаются (хром образует карбиды).

Подобное явление наблюдается и при наплавке чугуна на сталь или стали на чугун. Небольшой объем чугуна вблизи поверхности сплавления обедняется углеродом, кремнием и другими элементами за счет диффузии их из чугуна в сталь. В то же время некоторый объем стали насыщается этими элементами и образует очень твердую прослойку высокоуглеродистой стали, плохо поддающейся механической обработке.

4. В металлах всегда растворено некоторое количество газов, в том числе и водорода. Последний может диффундировать из более холодных объемов в более нагретые, насыщать сварочную ванну и способствовать возникновению пор.

5. Диффузионные процессы имеют большое значение для выравнивания химического состава сварного шва по объему. В большинстве случаев сварки плавлением химический состав основного металла существенно отличен от состава электродной или присадочной проволоки. Даже отдельные капли, переходящие в сварочную ванну, могут сильно отличаться друг от друга в этом отношении. В таких условиях химическая однородность металла шва может быть достигнута только в результате совместного влияния перемешивания основного и электродного металлов в сварочной ванне и процессов диффузии элементов.

Диффузия имеет большее значение при сварке разнородных металлов, например Си с Al, Fe с Си и т. п.

Дата добавления: 2015-06-26