Глава 9испр1 (Вырезки в виде лекций), страница 11
Описание файла
Файл "Глава 9испр1" внутри архива находится в следующих папках: Вырезки в виде лекций, Глава 9. Документ из архива "Вырезки в виде лекций", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "физико-химические и металлургические процессы в металлах при сварке" из 8 семестр, которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "лекции и семинары", в предмете "физико-химические и металлургические процессы в металлах при сварке" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Глава 9испр1"
Текст 11 страницы из документа "Глава 9испр1"
2) металлическая ванна обычно имеет чашеобразную форму и при перемещении фронта кристаллизации снизу вверх создаются благоприятные условия для удаления растворенных газов;
3) замедленное охлаждение металла ванны.
Шлаковые включения в металле шва
Они состоят из различных оксидов и частично - сульфидов. Преимущественно они имеют эндогенное происхождение, т.е. образуются в самой сварочной ванне. Лишь небольшая часть включений представляет собой частицы “запутавшегося” в металле шлака. Шлаковые включения могут располагаться в междендритных пространствах, на границах столбчатых кристаллитов, а также в местах их стыка по оси шва.
Состав шлаковых включений может быть различным в зависимости от характера шлака. Шлаковые включения в стали часто представляют собой эвтектики из различных оксидов. В алюминии шлаком является Al2O3.
Включения, образующиеся при сварке с применением кислых шлаков, имеют мелкодисперсный характер и состоят в основном из силикатов (FeSiO3). Основные шлаки дают более крупные включения с меньшим содержанием силикатов. Количество и величина шлаковых включений в металле при данном составе шлака и металла зависят от двух важных факторов:
1)способности шлаковых частиц к коагуляции, т.е. укрупнению путем слияния;
2)скорости всплывания шлаковых частиц в жидком металле.
Способность шлаковых частиц к коагуляции зависит от температуры металла, поверхностного натяжения на границе “шлаковая частица - жидкий металл”, вязкости как включений, так и жидкого металла, и др. Чем выше температура металла и поверхностное натяжение частиц, меньше их вязкость, тем легче протекает их коагуляция. Тугоплавкие включения, имеющие повышенную вязкость(SiО2; Аl2O3), плохо коагулируют и поэтому распределяются в металле в дисперсном виде.
Скорость всплывания шлаковых частиц зависит от их размера, вязкости металла, разницы в удельном весе частицы и металла и др.
Эту скорость приближенно можно определить с помощью формулы Стокса:
V=(2r2(ρж.м.- ρш.ч.) / 9)g см/сек, (9.102)
где
r - радиус частицы, см;
ρж.м.- ρш.ч. - разность в плотности жидкого металла и шлаковой частицы, г/см3;
- вязкость жидкого металла, динсек/см2;
g - ускорение силы тяжести (981 см/сек2).
Как видим, скорость всплывания частиц тем больше, чем крупнее частица, меньше ее плотность и вязкость металла, в котором она движется. С этой точки зрения нежелательны мелкодисперсные слабо коагулирующие включения (SiO2; Аl2О3), обладающие малой скоростью всплывания и загрязняющие металл.
Нa скорость всплывания шлаковых частиц заметно влияет наличие конвективных потоков в металле, выделение из металла пузырей, перемешивающих металл и увлекающих шлаковые частицы к поверхности металлической ванны. Значительная часть шлаковых частиц выталкивается к поверхности сварочной ванны растущими кристаллитами металла шва.
Распределяются шлаковые включения в металле по-разному. Эвтектики, образуемые этими включениями с металлом или между собой, располагаются по границам зерен в виде наиболее опасных линейных прослоек или точечных скоплений. Шлаковые включения в виде самостоятельных фаз могут иметь различную форму:
1-групповые дисперсные включения глобулярной формы; 2 - игольчатые включения различной величины; 3-отдельные крупные включения - глобулярные, веретенообразные и др.
Форма и величина шлаковых включений оказывают заметное влияние на механические и физические свойства металла. Крупные остроугольные включения (< 5 мкм) снижают выносливость металла - предел усталости. Мелкие включения (< 5 мкм) округлой формы не влияют на предел прочности и пластичности при статических испытаниях, а также на предел усталости металла, но увеличение их сопровождается некоторым снижением ударной вязкости и повышением склонности швов к кристаллизационным трещинам. Выделение включений FeO, FeS и других по границам зерен, особенно в виде сплошных прослоек, придает металлу хрупкость, иногда красноломкость. Посторонние включения заметно уменьшают коррозионную стойкость металла. Однако, субмикроскопические включения, равномерно распределенные в металле (например, TiO2; Аl2О3), могут быть и полезными, если они изоморфны с расплавом и становятся дополнительными центрами кристаллизации что способствуют измельчению структуры.
Ликвационная неоднородность. Ликвацией называется возникающее при кристаллизации неравномерное распределение элементов, химических соединений и других составляющих в металле. Она контролируется диффузией в жидкой фазе. К числу сильно ликвирующих элементов относятся углерод, сера и фосфор (табл. ).
В металле шва наблюдаются преимущественно два вида ликвации - дендритная и зональная. В свою очередь дендритная ликвация может быть двух видов - внутри- и – меж- кристаллитная.
Природа внутрикристаллитной ликвации связана с наличием у сплава интервала кристаллизации и с различной для центральной и периферийной частей кристалла степенью обогащения ликвирующей примесью. В первую очередь кристаллизуется металл вдоль осей будущих кристаллов, содержащий минимальное количество примесей и близкий по составу к исходному. При снижении температуры оси обрастают кристаллизующимся металлом. Эти участки постепенно обогащаются примесями, которые особенно сильно насыщают последние порции металла.
Межкристаллитная ликвация является результатом оттеснения к границам растущих кристаллов различных легкоплавких эвтектик и примесей, создающих межкристаллитные прослойки. Последние препятствуют перемещению диффундирующих атомов и тем самым сохраняют дендритную неоднородность металла шва. Особую опасность представляют располагающиеся здесь легкоплавкие эвтектики типа сернистых и силикатных.
Зональная ликвация вызывается неодновременной кристаллизацией периферийной и центральной частей шва. По мере роста кристаллитов остающаяся жидкость оттесняется в центральную область шва и оказывается наиболее загрязненной различными вредными примесями. Этот участок шва называют зоной слабины, особенно при ударной нагрузке. Весьма заметна зональная ликвация в однослойных швах большого сечения в глубоких сварочных ваннах , где возникает плоская схема кристаллизации (Рис.9.31).
Ликвация в сварных швах (особенно зональная и межкристаллитная дендритная) снижает механические свойства металла, так как ослабляет связь между кристаллитами и служит одной из причин появления кристаллизационных трещин.
Для уменьшения химической неоднородности и повышения стойкости металла к образованию кристаллизационных трещин следует оптимизировать соотношение между глубиной Н и шириной В сварочной ванны. Коэффициент формы ванны
=B/H (9.103)
зависит от многих факторов - способа и режима сварки, состава металла, сварочных материалов и т. д.
Узкая глубокая ванна (< 2) создает неблагоприятную для кристаллизации металла схему. Здесь кристаллы, растущие по нормали к поверхности охлаждения, неизбежно встречаются в центральной части шва, образуя зону слабины, где наиболее вероятно образование горячих трещин.
Контрольные вопросы и задания.
1. Под действием каких сил осуществляется перенос электродного металла в сварочную ванну?
2. Назовите виды переноса электродного металла через дуговой промежуток.
3. От каких факторов зависит размер электродных капель?
4. Что влияет на время существования капель?
5. К чему приводит диссоциация в зоне дуги?
6. Каков механизм насыщения жидкого металла газами?
7. В чем проявляется различное влияние и азота кислорода на свойства стали?
8. Как влияет водород на свойства стали?
9. Как влияет окисление углерода на свойства металла шва?
10. Назовите требования к сварочным флюсам.
11. В чем основы молекулярной и ионной теории шлаков?
12. Как оценивают кислотность или основность шлаков?
13. В чем различие длинных и коротких шлаков?
14.Укажите главные компоненты, входящие в состав
сварочных флюсов.
15.Назовите три основные системы сварочных флюсов.
16.Перечислите металлургические функции шлаков.
17.Что такое коэффициент эффективности массообмена и как его определяют?
18. Назовите виды раскислительных процессов при сварке.
19.Почему обычно применяют несколько раскислителей?
20.Каков механизм диффузионного раскисления стали шлаком?
21.Как легируют металла шва?
22.Что такое коэффициент перехода элемента?
23. Каков механизм рафинирования стали от серы и фосфора?
24.Каков механизм возникновения пор в металле шва?
25. Какие газы могут быть причиной пористости сварных швов?
26.Каковы причины образования шлаковых включений в металле шва?
27. Что усиливает ликвацию и как она влияет на качество металла?
Глава 9. Металлургические процессы при сварке плавлением
содержание
9.1 Анализ состава газовой фазы в зоне дугового разряда
-
Степень диссоциации и ионизации газов в дуге
-
Образование соединений между компонентами газовой смеси
-
Насыщение металла капли и ванны газами
-
Влияние атмосферных газов на свойства сталей и сплавов при сварке
-
Влияние кислорода на свойства сталей
-
Влияние азота на свойства сталей
-
Влияние водорода на свойства сталей
-
Влияние СО2 и паров Н2О на свойства сталей
-
Влияние атмосферных газов на свойства цветных металлов
-
-
Взаимодействие металла с защитными флюсами при сварке
-
Строение сварочных флюсов
-
Химические свойства флюсов
-
Физические свойства флюсов
-
Характеристика важнейших компонентов флюсов
-
Главные системы сварочных флюсов
-
Массообмен между расплавленным металлом, газовой средой и флюсом
-
Насыщение металла шва водородом
-
Окисление металла шва флюсом
-
Переход вредных примесей из флюса в металл шва
Расплавление электрода и перенос капель в ванну
Источники водорода при сварке под флюсом
Окисление металла шва флюсом
Переход вредных примесей из флюса в металл шва
Раскисление металла сварочной ванной
Легирование металла сварочной ванной
Рафинирование сварочной ванны и модифицирование металла шва
Дефекты металлургического происхождения в металле шва
Список подрисуночных надписей.
Рис. 9.1. Формы пузырьков газа, выделяющихся из жидкости на твердой поверхности в зависимости о Рис. 2. Схемы роста и отрыва пузырьков при различных скоростях кристаллизации металла в сва
Рис. 9.3. Схема распределения возможных шлаковых включений.
рочной ванне.т ее смачиваемости.
Рис. 9.4. Схема возникновения внутрикристаллитной ликвации и дендритное строение металла шва.
Рис. 9.5.Влияние формы ванны на расположение в шве ликвирующих примесей.
Рис. 9.6. Изменение направления роста столбчатых кристаллов в зависимости от коэффициента формы сварочной ванны второго типа.
Рис. 9.7. Строение зоны термического влияния при сварке малоуглеродистой стали.
Рис. 9.8.Схема изменения структуры металла шва при наложении последующих слоев металла.
Рис. 9.9. Поперечное сечение шва и микроструктуры отмеченных характерных зон.
Рис. 9.10. Схема структуры металла сварного соединения.