Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 32
Текст из файла (страница 32)
2. Схема строен ия сварного соединения при сварке стыкового шва: ! — зона сплавления; 2 — участок перегрева; 3 — участок полной пе. рекристаллизации; 4 — зона частич. ной перекристаллизацни; Б — зона высокотемпературного отпуска; 6 — зона иизкотемпературного отпуска и механического влияния 131 провождающиеся существенным изменением объема =0,15% (сплавы титана); металлы, не имеющие полиморфных превращений (тугоплавкие металлы и некоторые сплавы цветных металлов). Однако вне зависимости от наличия или отсутствия у металла полиморфного превращения при сварке плавлением в сварном соединении можно выделить три основные области. Первая — это область, где металл был натрет до температуры выше линии солидуса и находился в жидком или твердо-жидком состоянии; вторая — область термического влияния, где температура нагрева была достаточна для полного или частичного протекания фазовых превращений или процессов рекристаллизации, и третья — область механического или термомеханического влияния, где температура нагрева металла и время его пребывания при этой температуре недостаточны для протекания процессов фазовых превращений и рекристаллизации.
В этой области сварного соединения сохраняются изменения, вызванные пластической и упругой деформацией металла под действием сварочных напряжений. За этой областью следует основной металл, в котором в результате сварки возникают напряжения, не сопровождщощиеся пластической деформацией металла. При сварке без расплавления (давлением) наблюдаются только последние две области, при этом возрастает роль пластической деформации. Строение сварного соединения может быть показано на примере зон структурных изменений при сварке углеродистой стали ( (рис. 2).
Металл шва имеет характерное дендритное строение, размеры, форма, степень химической однородности и направленность которого определяются условиями сварки и свойствами свариваемого материала. В этой зоне металл нагревается до температуры выше линии ликвидуса, что и определяет интенсивное развитие химических реакций )88 Свариваемосгь и структура металла сварного соединения Свариваемосгь и структура металла сварного соединения и металлургических процессов между металлом шва и газами атмосферы, а также сварочными материалами: флюсами, электродными покрытиями, защитными газами и др. В металлах, не претерпевающих структурных и фазовых превращений, структура металла шва определяется его первичной кристаллизацией и представляет характерные столбчатые кристаллы, выросшие от линии сплавления к центру шва.
Существенные изменения в микроструктуре, полученной от первичной кристаллизации, происходят в металлах, претерпевающих фазовые и структурные превращения в твердом состоянии, хотя и в этом случае свойства металла шва во многом определяются его первичной структурой. Металл шва — зона сварного соединения, где вследствие характерных особенностей кристаллизации и активности физико-химических процессов возможны наибольшее изменение химического состава металла, наибольшая его неоднородность, а также наиболее вероятно образование дефектов сварного соединения, таких как поры (в стали всех классов, медных и алюминиевых сплавах и др) др) > горячие и холодные трещины (в высокобаеегбннеб ~~~мне бх % легированной стали, титановых сплавах, цветных металлах и др.) н т.д, (см.гл. 4).
Значительные изменения состава металла в этой зоне могут происходить при сварке химически активных и тугоплавкнх металлов (титана, циркония, вольфрама, молибдена и их сплавов). Никель и никелевые сплавы в расплавленном состоянии растворяют большое количество газов (азота, водорода и кислорода), которые, выделяясь при кристаллизации и охлаждении, могут приводить 50 20 40 50 еС/с !5 к образованию пор.
Большое влияние Рнс. 3. Зависимость между ско- на качество металла шва оказывает сера. ростью охлаждения и механически- Охрупчивающее действие серы свЯзано ми свойствами металла шва с выделением легкоплавкой эвтектики сульфида железа с железом при сварке стали или сульфида никеля с никелем б при сварке никелевых сплавов, выделяющейся по границам зерен. Акт рен. ктивное о разование сульфида никеля наблюдается уже при температуре в ш 400' С. Н епосредственно к металлу шва примыкает зона сплавления, где металл был нагрет до температуры в интервале между температурами ликвидуса и солидуса, т.
е. находился в твердо-жидком состоянии. Ширина этой зоны зависит от состава металла, т, е. температурного интервала кристаллизации сплава в равновесных условиях и температурного режима нагрева и охлаждения, т. е. от положения неравновесных температур ликвидуса и солидуса. Это зона, где так же, как в шве, на людается существенное изменение химического состава и свойств металла под действием цикла сварки как за счет особенностей кристаллизации, так и вследствие протекания диффузионных процессов.
В первой (шов) и второи (зона сплавления) зонах наблюдается наибольшее / изменение химического состава, структуры и свойств металла. Так, например, изменение строения перлита в этих зонах в малоуглеродистых сталях обусловл ысокими скоростями охлаждения, приводит к снижению пластичности и увеличению прочности металла шва (рис. 3.). В аустенитной стали в этих зонах могут возникать горячие трещины, которые в большинстве случаев связаны с первичной кристаллизацией, широким температурным интервалом кристаллизации, резким снижением пластических свойств в этом температурном интервале. ственны При сварке разнородной стали структура металла шва претерпевает с нные изменения и может быть определена по структурной диаграмме (рис.
4) ущес учетом процессов перемешнвания электродного и основного металлов, доли участия их в формировании шва и др. Ф3 сз га ь $ ат в й1б '1 ч Б ае о й э О» и вх "ъ талл, содержащий сильные карбидообразующие элементы.
Этот же процесс приводиг к образованию в зоне сплавления со стороны менее легированного металла 0 б Еб обезуглероженной прослоики пониженной прочности. Если после сварки ширина такой обезуглероженной прослойки невелика, то термическая обра- Рис, 4. Структурная диаграмма фазоботка илн работа сварного соедине. вого состава шва при наплавке и ния при повышенных температурах сварке стыкового шва в зависимости (>800' С) приводят к заметному уве- от эквивалента хрома и никеля: личению ее шиРины. Наличие диффУ а — б — структура первого слоя при назионных прослоек отрицательно сказьь плавке на сталь состава А электродами сосо- става Б; а' — б' — структура первого слоя вается на своиствах и напряженном стоЯнии металла сваРного соединениЯ, дами со ва А; е — е — руктура мета- приводит к малопластичному разруше- ла шва при однопроходной сварке разнонйю при ком натных н умеренных тем Родных сталей составов А и В электродами состава Г пературах, снижению коррозионной стойкости, длительной прочности и др.
П и сварке разнородных сплавов, обладающих ограниченной растворимостью (сталь — алюминий, медь — титан и др,), основное влияние на свойства сварного соединения оказывают хрупкие ннтерметаллические прослойки. Физические свойства таких прослоек существенно отличаются от свойств свариваемых металлов. Они имеют другие коэффициенты термического расширения, что способствует концентрации напряжений в месте их выделения; высокую твердость и малую пластичность, что приводит к образованию трещин на всех этапах изготовления и эксплуатации изделия; в местах их выделения часто наблюдается интенсивное коррозионное разрушение. Для образования таких интерметаллических прослоек необходимы, как правило, продолжительное время и высокие температуры. Поэтому в отдельных случаях при правильном подходе к выбору технологии сварки удается получать соединения, отвечающие предъявляемым требованиям. Основным мероприятием в этом направлении является снижение температуры и вРемени нагрева соединяемых материалов; хорошая защита зоны соединения и тщательная подготовка поверхности соединения; нанесение на поверхность соединяемых элементов промежуточных металлов, не образующих хн.
мических соединений ни с одним из рассматриваемых сплавов; введение в состав ~Тоесть %Сг Ьнп+lбуебР05ябЬМ Зкбпбппент «рамп Особое внимание следует уделять зоне сплавления при сварке разнородных материалов, так как, наряду с изменением химического состава металла в процессе кристаллизации, в этой зоне вследствие существенного градиента концентраций могут развиваться активные диффузионные процессы, приводящие к образованию прослоек переменного состава малой толщины (0,2 — 0,6 мм). П и сварке стали одного структурного класса свойства прослоек, как правило, являются промежуточными между свойствами шва и свариваемых материалов.
П арке стали различных структурных классов или при сварке стали перлит. ного класса аустенитными швами в зоне сплавления образуются прослой йки обладающие мартенситной структурой. Ширина этих прослоек тем больше, чем н меньше запас аустеннтности шва,определяемый в большинстве случаев содержанием никеля.
И в тех случаях, когда используются швы на никелевой основе, образование мартенситных прослоек практически исключается. Образование в легированной части зоны сплавлення прослоек с высокой твердостью определяется н днффузией углерода нз нелегнрованного металла в ме- 141 140 Свариваемость и структура металла сварного соединения Свариваемость и структура металла сварного соединения соединений. металла шва элементов, препятствующих образованию интерметаллических Перспективными способами сварки разнородных сплавов могу т являться способы сва ки об Р Р, у тр звуком, трением, диффузионная а также вакуу ! куумные элект р, еспечивающие высокую концентрацию энергии в зо р не нагрева, можно строгое ег ли ование ол ронно-лучевая и лазерная.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
